DE102021120491A1 - Device for determining the actual state and/or the remaining service life of structural components of a working machine - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bestimmen des Ist-Zustands und/oder der Restlebensdauer von Strukturbauteilen, beispielsweise Großwälzlagern, einer Arbeitsmaschine, insbesondere Bau-, Materialumschlags- und/oder Fördermaschine, mit einer Sensorik zum Erfassen von Zustandsinformationen betreffend das Strukturbauteil sowie einer Auswerteeinrichtung zum Auswerten der erfassten Zustandsinformationen und Bestimmen des Ist-Zustands und/oder der Restlebensdauer anhand eines Vergleichs mit vorbestimmten Schadenscharakteristiken, wobei eine aktive Datenbankeinrichtung zum Bereithalten der Schadenscharakteristiken vorgesehen ist, an die eine Bestimmungseinrichtung zum Bestimmen der Schadenscharakteristiken aus Konstruktionsdaten des Strukturbauteils sowie eine Anpasseinrichtung zum Anpassen der vorbestimmten Schadenscharakteristiken anhand der von der Auswerteeinrichtung bestimmten Zustands- und/oder Restlebensdauer-Informationen angebunden sind.The present invention relates to a device for determining the actual state and/or the remaining service life of structural components, for example large diameter bearings, of a work machine, in particular construction, material handling and/or conveyor machines, with a sensor system for detecting status information relating to the structural component and an evaluation device for evaluating the recorded status information and determining the actual status and/or the remaining service life on the basis of a comparison with predetermined damage characteristics, with an active database device being provided for making the damage characteristics available, to which a determination device for determining the damage characteristics from design data of the structural component and an adjustment device for Adjusting the predetermined damage characteristics based on the status and / or remaining service life information determined by the evaluation device are connected.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bestimmen des Ist-Zustands und/oder der Restlebensdauer von Strukturbauteilen, beispielsweise Großwälzlagern, einer Arbeitsmaschine, insbesondere Bau-, Materialumschlags- und/oder Fördermaschine, mit einer Sensorik zum Erfassen von ZustandsInformationen betreffend das Strukturbauteil sowie einer Auswerteeinrichtung zum Auswerten der erfassten Zustandsinformationen und Bestimmen des Ist-Zustands und/oder der Restlebensdauer anhand eines Vergleichs der erfassten Zustandsinformationen mit vorbestimmten Schadenscharakteristika.The present invention relates to a device for determining the actual state and/or the remaining service life of structural components, for example large diameter bearings, of a work machine, in particular construction, material handling and/or conveyor machines, with a sensor system for detecting status information relating to the structural component and an evaluation device for evaluating the recorded status information and determining the actual status and/or the remaining service life based on a comparison of the recorded status information with predetermined damage characteristics.
Bei Baumaschinen wie Baggern, Kranen, Muldenkippern, Planierraupen, Bulldozern oder Seilbaggern, oder Materialumschlagsmaschinen oder Förderanlagen wie Staplern und Ladern oder anderen größeren Arbeitsmaschinen wie Oberflächenfräsern oder Schiffskranen ist es gleichermaßen wichtig und schwierig, die Restlebensdauer bzw. die verbleibende Zeitspanne bis zum notwendigen Austausch eines Strukturteils vorherzusagen. Fällt eine Baumaschine im Einsatz auf einer Baustelle aus, weil beispielsweise ein Lager sich frisst oder überhitzt, kann oft nicht gleich eine passende Ersatzmaschine beschafft und an die Baustelle angeliefert werden, sodass während der für die Reparatur benötigten Reparaturzeit auf der Baustelle Verzögerungen anfallen, wobei oft nicht nur die Aufgaben der ausgefallenen Baumaschine selbst liegen bleiben, sondern aufgrund des verzahnten Ineinandergreifens der verschiedenen Baumaschinen auch andere Abläufe Verzögerungen erfahren. Eine ähnliche Problematik ergibt sich ebenfalls bei den vorgenannten Materialumschlagsmaschinen und Förderanlagen.With construction machinery such as excavators, cranes, dump trucks, bulldozers, bulldozers or dragline cranes, or material handling machines or conveyor systems such as forklifts and loaders or other larger work machines such as surface milling machines or ship cranes, it is equally important and difficult to determine the remaining service life or the time remaining before a replacement is necessary to predict structural parts. If a construction machine during use on a construction site breaks down, for example because a bearing is seizing or overheating, it is often not possible to procure a suitable replacement machine and deliver it to the construction site, so that delays occur during the repair time required for the repair on the construction site, whereby often Not only are the tasks of the failed construction machine itself left undone, but other processes are also delayed due to the interlocking of the various construction machines. A similar problem also arises with the aforementioned material handling machines and conveyor systems.
Dabei sind es oft nur einzelne Komponenten bzw. Strukturbauteile, die per se einfach zu tauschen sind und keine größeren Folgeverzögerungen auslösen würden, wenn der Austausch rechtzeitig planbar ist, andererseits aber auch größere Reparaturaufwände verursachen können, wenn bei einem Bruch des kleinen Strukturbauteils auch andere Maschinenkomponenten in Mitleidenschaft gezogen werden.It is often only individual components or structural parts that are easy to replace per se and would not cause any major subsequent delays if the replacement can be planned in good time, but on the other hand can also cause greater repair costs if other machine components break when the small structural part breaks be affected.
Dabei ist es an sich normal, dass jeweilige Strukturbauteile mit fortschreitender Betriebsdauer einen gewissen Verschleiß zeigen, ohne dass dies gleich einen Austausch der Komponente bedingen würde. Solange die Funktion des Bauteils gewährleistet ist und kein Ausfall droht, werden solche für den Betrieb ungefährlichen Verschleißerscheinungen in Kauf genommen, um die Lebensdauer auszureizen. Solche kleineren, erträglichen Verschleißerscheinungen können beispielsweise kleine, für die Festigkeit unkritische Haarrisse oder kleinere Oberflächenausbrüche bzw. Pittings weniger funktionsrelevanter Oberflächen sein. Solche Verschleißerscheinungen können aber auch andere Bauteilveränderungen wie Nachlassen der Elastizität oder zunehmendes Lagerspiel sein.It is normal in itself for structural components to show a certain degree of wear over the course of the service life, without this immediately requiring the component to be replaced. As long as the function of the component is guaranteed and there is no threat of failure, such signs of wear that are not dangerous for operation are accepted in order to maximize the service life. Such smaller, tolerable signs of wear can be, for example, small hairline cracks that are not critical for the strength or smaller surface breakouts or pittings of less functionally relevant surfaces. However, such signs of wear can also be other component changes such as a reduction in elasticity or increasing bearing play.
Je nachdem, wie die Strukturbauteile einer Arbeitsmaschine überwacht werden, kann es sehr schwierig sein, kritische Schädigungen von unkritischen Schädigungen zu unterscheiden, da die Signalantwort der bauteilüberwachenden Sensorik schon bei kleineren Bauteilveränderungen mehr oder minder große Veränderungen zeigen kann.Depending on how the structural components of a working machine are monitored, it can be very difficult to distinguish critical damage from non-critical damage, since the signal response of the component-monitoring sensors can show more or less large changes even with minor component changes.
Hinzu kommt, dass vielerlei verschiedene Schädigungen und damit einhergehende Schadenscharakteristika an den Strukturbauteilen auftreten können, die sich in entsprechend unterschiedlichen Auffälligkeiten der Sensordaten niederschlagen können. Beispielsweise können Vibrationen, die durch einen üblichen, sozusagen gleichmäßigen Verschleiß an den Zahnrädern einer Getriebestufe auftreten, anders ausfallen als Vibrationen, die beispielsweise durch einen einzelnen, stärker geschädigten Zahn eines Verzahnungspaares bedingt sind. Wiederum ein anderes Vibrationsbild kann sich durch einen Schmierstoffmangel und eine damit einhergehende Schwergängigkeit durch Überhitzung oder bei einem unrunden Lauf infolge Verschmutzung oder zu großer Lagerluft ergeben.In addition, many different types of damage and associated damage characteristics can occur on the structural components, which can be reflected in correspondingly different abnormalities in the sensor data. For example, vibrations that occur as a result of normal, so to speak, uniform wear on the gear wheels of a gear stage can turn out differently than vibrations that are caused, for example, by a single, more severely damaged tooth of a gear pair. A different vibration picture can result from a lack of lubricant and the associated sluggishness due to overheating or in the case of uneven running due to contamination or excessive bearing clearance.
Es wurden daher bereits sensorische Überwachungssysteme für Baumaschinen vorgeschlagen, die die Bestimmung der Ist-Zustände von Baumaschinen anhand gemessener Sensordaten objektivieren sollen. Dabei ist es beispielsweise bekannt, bestimmte Betriebsparameter der Baumaschine zu überwachen und bei Unregelmäßigkeiten bzw. ungewöhnlichen Werten der gemessenen Betriebsparameter einen Fehlercode abzugeben, vgl. beispielsweise
Die Schrift
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung zum Bestimmen des Ist-Zustands und/oder der Restlebensdauer einer Baumaschine zu schaffen, die Nachteile des Standes der Technik vermeidet und letzteren in vorteilhafter Weise weiterbildet. Insbesondere soll eine verlässliche, an mobilen Baumaschinen einfach zu realisierende Ist-Zustands- und/oder Restlebensdauerbestimmung erreicht werden, die ein rechtzeitiges Einleiten und Planen von Wartungs- bzw. Reparaturmaßnahmen auch durch nicht-geschulte Wartungsmitarbeiter mit einer ausreichenden Vorlaufzeit ermöglicht.The present invention is therefore based on the object of creating an improved device for determining the actual state and/or the remaining service life of a construction machine, which avoids the disadvantages of the prior art and develops the latter in an advantageous manner. In particular, a reliable determination of the actual state and/or remaining service life that can be easily implemented on mobile construction machines is to be achieved, which enables maintenance or repair measures to be initiated and planned in good time even by untrained maintenance employees with sufficient lead time.
Erfindungsgemäß wird die genannte Aufgabe durch eine Vorrichtung durch Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.According to the invention, the above object is achieved by a device as defined in claim 1. Preferred developments of the invention are the subject matter of the dependent claims.
Um der Vielfalt möglicher Schadenscharakteristika gerecht zu werden, wird also vorgeschlagen, ausgehend von der Konstruktion bzw. den Geometrie- und Materialdaten synthetische Schadenscharakteristika in Form von Samples bzw. Referenzbeispielen künstlich zu generieren und diese synthetisch generierten Schadenscharakteristika laufend anzupassen durch Rückführen realer, aus den Sensordaten ermittelten Zustandsinformationen. Erfindungsgemäß ist eine aktive Datenbankeinrichtung zum Bereithalten der Schadenscharakteristika vorgesehen, an die eine Bestimmungseinrichtung zum Bestimmen der Schadenscharakteristika aus Konstruktionsdaten des Strukturbauteils sowie eine Anpasseinrichtung zum Anpassen der vorbestimmten Schadenscharakteristika anhand der von der Auswerteeinrichtung bestimmten Ist-Zustands- und/oder Restlebensdauer-Informationen angebunden sind. Durch die synthetische Generierung von Schadenscharakteristika aus den Konstruktionsdaten des Strukturbauteils einerseits und die dann erfolgende Anpassung der synthetisch generierten Schadenscharakteristika durch Rückmeldung der ausgewerteten Zustands- und/oder Restlebensdauer-Informationen kann ein komplexes Schadenscharakteristika-Modell für die Bestimmung des Ist-Zustands und/oder der Restlebensdauer geschaffen werden, das der Vielfalt an möglichen Schädigungen gerecht wird und eine hohe Treffsicherheit bei der Bestimmung des Ist-zustands bzw. der Restlebensdauer beschert.In order to do justice to the variety of possible damage characteristics, it is therefore proposed to artificially generate synthetic damage characteristics in the form of samples or reference examples based on the construction or the geometry and material data and to continuously adapt these synthetically generated damage characteristics by feeding back real ones from the sensor data determined status information. According to the invention, an active database device is provided for keeping the damage characteristics available, to which a determination device for determining the damage characteristics from design data of the structural component and an adaptation device for adapting the predetermined damage characteristics based on the actual status and/or remaining service life information determined by the evaluation device are connected. Through the synthetic generation of damage characteristics from the design data of the structural component on the one hand and the subsequent adjustment of the synthetically generated damage characteristics through feedback of the evaluated condition and/or remaining service life information, a complex damage characteristics model can be used to determine the current condition and/or the Remaining service life can be created that does justice to the variety of possible damage and provides a high degree of accuracy when determining the current state or the remaining service life.
Bei der Bestimmung der synthetischen Schadenscharakteristika können verschiedene Konstruktionsdaten herangezogen werden, um die Parameter bzw. den Datensatz zu berechnen, der das jeweilige Schadenscharakteristik-Sample ausmacht. Beispielsweise können für ein Wälzlager aus Konstruktionsdaten wie Wälzkörperzahl, Reihenzahl, bestimmungsgemäße Drehzahl und/oder geometrischen Größen wie Durchmesser, Laufbahnbreite oder Wälzkreisdurchmesser und/oder Materialdaten des Strukturbauteils wie Wälzkörper- und Laufbahnhärte oder Wälzkörper- und Laufbahnwerkstoff relevante Schadensindikatoren wie die Überrollfrequenz des Lageraußenrings, ein Temperaturverlauf über der Betriebszeit, oder ein Schallemissionsmuster berechnet werden bzw. das Frequenzspektrum des Hüllkurvensignals für eine bestimmte Drehzahl bestimmt werden. Insbesondere kann die Bestimmungseinrichtung zum Bestimmen der Schadenscharakteristiken aus Konstruktionsdaten einen Baustein zum Bestimmen und/oder Berechnen kinematischer Frequenzen aus Geometriedaten und/oder Betriebsdaten wie Drehzahl und/oder Bewegungsgeschwindigkeit und ggf. Berücksichtigung von Materialdaten wie Gewicht oder Härte aufweisen, wobei der genannte Baustein die kinematischen Frequenzen vorzugsweise unabhängig von einwirkenden äußeren Kräften oder Energien bestimmt.When determining the synthetic damage characteristics, various design data can be used to calculate the parameters or the data set that makes up the respective damage characteristic sample. For example, relevant damage indicators such as the rollover frequency of the bearing outer ring can be derived for a rolling bearing from design data such as the number of rolling elements, number of rows, specified speed and/or geometric variables such as diameter, raceway width or pitch circle diameter and/or material data of the structural component such as rolling element and raceway hardness or rolling element and raceway material Temperature profile over the operating time, or an acoustic emission pattern can be calculated or the frequency spectrum of the envelope signal can be determined for a specific speed. In particular, the determination device for determining the damage characteristics from design data can have a module for determining and/or calculating kinematic frequencies from geometric data and/or operating data such as rotational speed and/or movement speed and, if necessary, taking into account material data such as weight or hardness, with said module containing the kinematic Frequencies preferably determined independently of acting external forces or energies.
Vorteilhafterweise kann die genannte Bestimmungseinrichtung ferner einen Anpassbaustein aufweisen, um Schwingungs- bzw. Frequenzmuster bzw. -spektren, die verschiedenen Schadenstypen oder Schadenmustern entsprechen, mithilfe der berechneten bzw. bestimmten Kinematik, insbesondere mithilfe der vorgenannten kinematischen Frequenz, an das jeweilige System anzupassen und zu transformieren, sodass adaptierte Frequenzmuster bzw. -spektren generiert werden, die verschiedenen Schadenstypen bzw. -mustern des konkreten Systems bzw. des konkreten, interessierten Bauteils gerecht werden. Die noch nicht adaptierten Ausgangs-Frequenzmuster bzw. -spektren können zuvor an anderen, realen Bauteilen durch Messung bestimmt werden oder sind auch in Katalogform aus Schadensform-Bibliotheken bekannt. Beispielsweise kann an die Bestimmungseinrichtung ein Schadensmuster-Speicher angebunden sein, aus dem die Bestimmungseinrichtung die noch nicht adaptierten Frequenzmuster nehmen bzw. auslesen und dann mithilfe der zuvor bestimmten kinematischen Frequenz bzw. der Kinematik des konkreten Bauteils adaptieren kann. Die adaptierten Frequenzmuster bzw. -spektren können dann wieder in einem Speicher abgelegt werden.Advantageously, the named determination device can also have an adaptation module in order to adapt and adapt vibration or frequency patterns or spectra that correspond to different damage types or damage patterns to the respective system using the calculated or determined kinematics, in particular using the aforementioned kinematic frequency transform, so that adapted frequency patterns or spectra are generated that do justice to the different damage types or patterns of the specific system or the specific, interested component. The output frequency patterns or spectra that have not yet been adapted can be determined beforehand on other, real components by measurement or are also known in catalog form from damage type libraries. For example, a damage pattern memory can be connected to the determination device from which the determination device can take or read out the frequency pattern that has not yet been adapted and then adapt it using the previously determined kinematic frequency or the kinematics of the specific component. The adapted frequency patterns or spectra can then be stored again in a memory.
Treten an einem Lager bspw. örtlich begrenzte Schäden auf, wie z. B. Wälzkörpereindrücke, Stillstandskorrosion oder Ausbrüche, sind diese bspw. durch Schwingungsmessungen feststellbar. Beim Überrollen lokaler Vertiefungen entstehen Stoßwellen, die einerseits bei der synthetischen Bestimmung berechnet oder geschätzt werden können und andererseits durch Weg-, Geschwindigkeits- oder Beschleunigungsaufnehmer oder ggf. andere Sensoren aufgezeichnet werden können. So kann bspw. durch einen Abgleich der erfassten Überrollfrequenz mit vorab synthetisch bestimmten Überrollfrequenz-Schadensbildern der Ist-Zustand bzw. eine Schädigung des Lagers bestimmt werden.If, for example, localized damage occurs in a bearing, e.g. B. rolling element indentations, standstill corrosion or breakouts, these can be determined, for example, by vibration measurements. When rolling over local depressions, shock waves arise which can be calculated or estimated during the synthetic determination on the one hand and can be recorded by distance, speed or acceleration sensors or possibly other sensors on the other hand. For example, by comparing the detected rollover frequency with previously synthetically determined rollover frequency damage patterns, the actual state or damage to the bearing can be determined.
In ähnlicher Weise kann bspw. aus den genannten Konstruktionsdaten auch ein Körperschallmuster des Strukturbauteils berechnet, geschätzt oder in anderer Weise bestimmt werden, und mit einem realen Körperschallmuster, das mittels eines oder mehreren Körperschallsensoren am Strukturbauteil erfasst werden kann, abgeglichen werden, um den Ist-Zustand des Strukturbauteils zu bestimmen. Dabei kann auch bei der Bestimmung der Körperschallmuster mit einer Körperschallmuster-Bibliothek gearbeitet werden, aus der für bestimmte Bauteiltypen und/oder Systemtypen charakteristische Körperschallmuster gespeichert sind, die dann anhand der zuvor berechneten bzw. bestimmten Kinematik des konkreten Bauteils bzw. des konkreten Systems angepasst und zu einem adaptierten Körperschallmuster transformiert werden können.In a similar way, for example, a structure-borne noise pattern of the structural component can also be calculated, estimated or determined in another way from the design data mentioned, and compared with a real structure-borne noise pattern, which can be detected by means of one or more structure-borne noise sensors on the structural component, in order to determine the actual to determine the condition of the structural component. When determining the structure-borne noise pattern, it is also possible to work with a structure-borne noise pattern library from which structure-borne noise patterns characteristic of certain component types and/or system types are stored, which are then adapted and adapted using the previously calculated or determined kinematics of the specific component or the specific system can be transformed into an adapted structure-borne noise pattern.
In ähnlicher Weise können auch andere synthetische Schadenscharakteristika anderer Strukturbauteile wie beispielsweise bezüglich der Zahneingriffsfrequenz einer Antriebswelle aus Konstruktionsdaten synthetisch bestimmt werden.Similarly, other synthetic damage characteristics of other structural components, such as gear mesh frequency of a driveshaft, can also be synthesized from design data.
Alternativ oder zusätzlich können aber auch synthetische Schadenscharakteristika auf Basis anderer Systemdaten generiert werden, beispielsweise auf Basis eines Zusammenhangs zwischen Drehzahl und Temperatur über Leistungsdaten. Insbesondere kann davon ausgegangen werden, dass bei einer bestimmten übertragenen Leistung bei einer bestimmten Drehzahl eine bestimmte Temperatur erwartet werden darf und insofern eine Drehzahl-Temperatur-Leistungs-Matrix generiert werden kann. Treten in bestimmten Leistungs- und/oder Drehzahlbereichen außergewöhnliche Temperaturen auf, kann auf einen bestimmten Schadenstypus rückgeschlossen werden.Alternatively or additionally, however, synthetic damage characteristics can also be generated on the basis of other system data, for example on the basis of a relationship between speed and temperature using performance data. In particular, it can be assumed that a specific temperature can be expected for a specific transmitted power at a specific speed, and in this respect a speed-temperature-power matrix can be generated. If unusual temperatures occur in certain performance and/or speed ranges, a certain type of damage can be inferred.
Um der Komplexität möglicher Schadensbilder besser gerecht zu werden, kann an die aktive Datenbankeinrichtung vorteilhafterweise ein Kombinationsbaustein angebunden sein, der die aus den Konstruktionsdaten synthetisch generierten Schadenscharakteristika miteinander kombiniert und hierdurch kombinierte Schadenscharakteristika schafft, die in der Datenbankeinrichtung bereitgehalten bzw. abgespeichert werden können. Solche kombinierten Schadenscharakteristika können komplexeren Schadensbildern entsprechen, bei denen am entsprechenden Strukturbauteil nicht nur ein spezieller Schadenstypus, wie beispielsweise Ausbrüche in der Wälzlagerring-Laufbahn auftreten, sondern verschiedene Schädigungen gleichzeitig eintreten, beispielsweise neben den besagten Laufbahnausbrüchen auch noch eine Lagerverschmutzung oder eine zu große Lagerluft, die zu unruhigem Lauf führen können.In order to do better justice to the complexity of possible damage patterns, a combination module can advantageously be connected to the active database device, which combines the damage characteristics synthetically generated from the design data and thereby creates combined damage characteristics that can be kept ready or stored in the database device. Such combined damage characteristics can correspond to more complex damage patterns, in which not only a special type of damage occurs on the corresponding structural component, such as e.g. spalling in the rolling bearing ring raceway, but various types of damage occur at the same time, for example, in addition to the aforesaid raceway ruptures, there is also bearing contamination or excessive bearing clearance, which can lead to unsteady running.
Der genannte Kombinationsbaustein kann aber nicht nur verschiedene Schädigungsmuster eines Strukturbauteils miteinander kombinieren, sondern alternativ oder zusätzlich hierzu auch die Schadenscharakteristika verschiedener Strukturbauteile miteinander kombinieren, um wechselseitige Einflüsse von Schadenscharakteristika verschiedener Strukturbauteile aufeinander berücksichtigen zu können. The combination module mentioned can not only combine different damage patterns of a structural component with one another, but alternatively or additionally also combine the damage characteristics of different structural components with one another in order to be able to take mutual influences of damage characteristics of different structural components into account.
Beispielsweise kann ein geschädigtes Lager und der damit einhergehende, unruhige Lauf des Lagers auch Vibrationen einer hierdurch gelagerten Getriebestufe beeinflussen und/oder Auswirkungen auf das Schadensbild der Getriebestufe haben, die von dem Lager rotatorisch abgestützt ist. Der Kombinationsbaustein kann daher vorteilhafterweise dazu konfiguriert sein, verschiedene, synthetisch generierte Schadenscharakteristika eines Strukturbauteils miteinander zu kombinieren und/oder synthetisch generierte Schadenscharakteristika verschiedener Strukturbauteile miteinander zu kombinieren. Die hierdurch kombinatorisch erzeugten Schadenscharakteristika können ebenfalls in der Datenbankeinrichtung abgespeichert bzw. hiervon bereitgehalten werden.For example, a damaged bearing and the associated rough running of the bearing can also influence vibrations in a gear stage supported by it and/or have an impact on the damage pattern of the gear stage that is rotationally supported by the bearing. The combination module can therefore advantageously be configured to combine different, synthetically generated damage characteristics of a structural component with one another and/or to combine synthetically generated damage characteristics of different structural components with one another. The damage characteristics generated in this way in a combinatorial manner can also be stored in the database device or made available by it.
Um eine verlässlichere Bestimmung des Ist-Zustands bzw. der Restlebensdauer zu erzielen, kann in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung eine Gewichtung der einzelnen und/oder kombinierten Schadenscharakteristika vorgesehen sein. Insbesondere kann jedes Sample bzw. jede synthetisch generierte Schadenscharakteristik entsprechend der Auftretenswahrscheinlichkeit, d.h. der Häufigkeit der Ausfallursache der jeweiligen Komponente, gewichtet werden. Schadenscharakteristika mit höherer Auftretenswahrscheinlichkeit können stärker gewichtet werden als Schadenscharakteristika, die relativ selten auftretende Schädigungen wiedergeben.In order to achieve a more reliable determination of the actual state or the remaining service life, in an advantageous development of the invention, the individual and/or combined damage can be weighted characteristics be provided. In particular, each sample or each synthetically generated damage characteristic can be weighted according to the probability of occurrence, ie the frequency of the cause of failure of the respective component. Damage characteristics with a higher probability of occurrence can be weighted more heavily than damage characteristics that reflect damage that occurs relatively rarely.
Der Gewichtungs-Baustein kann dabei dazu konfiguriert sein, die synthetisch generierten Schadenscharakteristika jeweils einzeln zu gewichten. Alternativ oder zusätzlich kann der Gewichtungsbaustein auch die kombinatorisch erzeugten Schadenscharakteristika gewichten, insbesondere anhand der Wahrscheinlichkeit, mit der eine spezifische Schadens-Kombination auftritt.In this case, the weighting module can be configured to weight the synthetically generated damage characteristics individually in each case. Alternatively or additionally, the weighting module can also weight the damage characteristics generated in a combinatorial manner, in particular based on the probability with which a specific damage combination occurs.
Bei der Auswertung der sensorisch bestimmten Zustandsinformationen und dem Abgleich mit den bereitgehaltenen Schadenscharakteristika können die Parameter, die die Zustandsinformationen ausmachen, grundsätzlich in verschiedener Weise ausgewertet bzw. in unterschiedlicher Weise mit den Schadenscharakteristika abgeglichen werden. Beispielsweise können auch hier verschiedene Parameter verschieden gewichtet und/oder in unterschiedlicher Weise berücksichtigt werden. During the evaluation of the status information determined by sensors and the comparison with the damage characteristics provided, the parameters that make up the status information can fundamentally be evaluated in different ways or compared with the damage characteristics in different ways. For example, different parameters can also be weighted differently here and/or taken into account in different ways.
Hierbei kann eine Veränderung eines jeweiligen Parameters jeweils absolut berücksichtigt werden, beispielsweise dahingehend, dass bei Überschreiten eines vorbestimmten Veränderungsbetrags eine Anpassung der vorbestimmten Schadenscharakteristika erfolgt. Alternativ oder zusätzlich kann aber auch eine summarische Berücksichtigung erfolgen, beispielsweise dahingehend, dass bei Überschreiten einer vorbestimmten Veränderung bei summarischer Berücksichtigung mehrerer Parameter eine Anpassung der vorbestimmten Schadenscharakteristika durch die Anpassvorrichtung erfolgt.In this case, a change in a respective parameter can be taken into account in absolute terms, for example to the extent that the predetermined damage characteristics are adapted if a predetermined amount of change is exceeded. As an alternative or in addition, however, summary consideration can also take place, for example to the effect that when a predetermined change is exceeded with summary consideration of a number of parameters, the predetermined damage characteristics are adapted by the adaptation device.
Die Anpassvorrichtung kann die Schadenscharakteristika in verschiedener Weise an die ausgewerteten, realen Zustandsinformationen bzw. mithilfe dieser Zustandsinformationen anpassen.The adaptation device can adapt the damage characteristics in different ways to the evaluated, real status information or using this status information.
In Weiterbildung der Erfindung erfolgt die Anpassung der Zustandssignal-Auswertung und/oder der von der Datenbank bereitgehaltenen Schadenscharakteristiken an sich verändernde Zustands- und/oder Betriebsbedingungen des Strukturbauteils bzw. Alterungseinflüsse nicht anhand von starren Kriterien, sondern mit Hilfe eines sich selbst weiterbildenden, variablen Regelsatzes. Insbesondere ist in Weiterbildung der Erfindung die genannte Auswerteeinrichtung und die Anpasseinrichtung als selbstlernendes System ausgebildet bzw. bilden die genannten Komponenten einen Teil eines selbstlernenden Systems, das den Einfluss der erfassten Zustands- und/oder Betriebsinformationen bzw. der daraus abgeleiteten realen Informationsmuster auf die Schadenscharakteristika bzw. auf den ein Schadensbild des repräsentierenden Parametersatz abschätzen kann.In a further development of the invention, the status signal evaluation and/or the damage characteristics provided by the database are adapted to changing status and/or operating conditions of the structural component or aging influences, not based on rigid criteria, but with the help of a self-evolving, variable set of rules . In particular, in a further development of the invention, the named evaluation device and the adjustment device are designed as a self-learning system or the named components form part of a self-learning system that assesses the influence of the recorded status and/or operating information or the real information pattern derived therefrom on the damage characteristics or .On which a damage pattern of the representative set of parameters can be estimated.
Insbesondere können die Auswerteeinrichtung und die genannte Anpasseinrichtung mit künstlicher Intelligenz ausgebildet bzw. in einem KI-System implementiert sein, das beispielsweise einen Regressionsanalysebaustein aufweisen kann, um eine Beziehung zwischen den erfassten Zustands- und/oder Betriebsinformationen und den synthetisch generierten Zustands- bzw. Schadens-Referenzmustern der Arbeitsmaschine bzw. des Strukturbauteils abschätzen kann. Beispielsweise kann der genannte Regressionsanalysebaustein einen funktionellen Zusammenhang zwischen den genannten Parametern bzw. eine Kurve, die die Abhängigkeit des Istzustands bzw. der Restlebensdauer von den genannten realen Zustandsparametern charakterisiert, anpasst bzw. weiterbildet, vorzugsweise unter Heranziehung der laufend erfassten Zustandsveränderungen und der sich einstellenden Istzustands- bzw. Restlebensdauerprognose, insbesondere unter weiterer Zuhilfenahme eines Trainingssatzes der genannten Parameter. Der genannte Trainingssatz von Parametern kann ursprünglich vorgegeben, bspw. anhand eines oder mehrerer Testläufe gewonnen werden, und/oder laufend fortgeschrieben oder erweitert werden, insbesondere durch im Maschinenbetrieb gewonnene Daten.In particular, the evaluation device and the said adjustment device can be designed with artificial intelligence or implemented in an AI system, which can have a regression analysis module, for example, to establish a relationship between the detected status and/or operating information and the synthetically generated status or damage - Can estimate reference samples of the work machine or the structural component. For example, the named regression analysis module can adapt or develop a functional relationship between the named parameters or a curve that characterizes the dependency of the actual condition or the remaining service life on the named real condition parameters, preferably using the continuously recorded changes in condition and the actual condition that occurs - or remaining service life prognosis, in particular with the further aid of a training set of the parameters mentioned. Said training set of parameters can originally be specified, for example obtained using one or more test runs, and/or continuously updated or expanded, in particular using data obtained during machine operation.
Insbesondere kann die Vorrichtung mittels künstlicher Intelligenz die ständig gemessene Zustandsantwort des Strukturbauteils bzw. der gesamten Arbeitsmaschine oder einer Unterbaugruppe hiervon mit dem hierfür charakteristischen Zustands- bzw. Betriebsverhalten und/oder Schadensbild vergleichen, um Schädigungen an einem oder mehreren Strukturbauteilen, insbesondere eine Rissbildung zu identifizieren.In particular, the device can use artificial intelligence to compare the constantly measured state response of the structural component or the entire work machine or a subassembly thereof with the state or operating behavior and/or damage pattern characteristic of this in order to identify damage to one or more structural components, in particular crack formation .
Mittels des KI-Systems können die Referenzbeispiele der Schadenscharakteristika der Arbeitsmaschine bzw. des oder der Strukturbauteile insbesondere in Abhängigkeit von den erfaßten, realen Parametersätzen der Arbeitsmaschine und/oder des Strukturbauteils, die den realen Maschinenzustand wiedergeben, und deren Veränderungen angepasst werden. Hierdurch kann die Prognose immer scharf gehalten und die Fehlerquote minimiert werden.By means of the AI system, the reference examples of the damage characteristics of the working machine or of the structural component(s) can be generated, in particular as a function of the recorded, real parameter sets of the working machine and/or of the structural component, which reflect the real machine condition. and their changes are adjusted. As a result, the forecast can always be kept sharp and the error rate minimized.
Um die Arbeitsmaschine insgesamt besser auf Schädigungen überwachen zu können, können mehreren Strukturbauteilen, bspw. Wälzlagern, der Anlage Sensoren zur Erfassung relevanter Zustandsparameter wie Vibrationen oder Körperschall zugeordnet sein.In order to be able to better monitor the work machine overall for damage, sensors for detecting relevant status parameters such as vibrations or structure-borne noise can be assigned to a number of structural components, for example roller bearings, of the system.
Die Auswerteeinrichtung kann die Zustandsinformationen der verschiedenen Strukturbauteile, bspw. verschiedener Wälzlager, miteinander vergleichen, um Veränderungen des Zustands bzw. des diesen repräsentierenden Parametersatzes an einem Strukturbauteil mit einhergehenden Veränderungen der Zustandsinformationen an einem oder mehreren anderen Strukturbauteil zu vergleichen und insofern abnormale Veränderungen des Zustands präziser erfassen zu können. Ein solcher Vergleich kann zusätzlich zu der genannten Anpassung der Auswertekriterien und/oder des Signalreferenzmusters vorgenommen werden.The evaluation device can compare the status information of the various structural components, e.g. different rolling bearings, with one another in order to compare changes in the status or the set of parameters representing this on a structural component with associated changes in the status information on one or more other structural components and in this respect to compare abnormal changes in the status more precisely to be able to capture. Such a comparison can be carried out in addition to the mentioned adaptation of the evaluation criteria and/or the signal reference pattern.
In Weiterbildung der Erfindung kann das Strukturbauteil bspw. ein Wälzlager oder Großwälzlager, beispielsweise ein mittenfreies Großwälzlager mit einem Durchmesser von mehr als 0,5 m oder mehr als 1,0 m sein und hinsichtlich des Überroll-Frequenzmusters und/oder der Körperschallemissionen und/oder des Temperaturverlaufs über der Einschaltdauer und/oder eines Geräuschemissionsmusters überwacht werden.In a further development of the invention, the structural component can be, for example, a roller bearing or large roller bearing, for example a centerless large roller bearing with a diameter of more than 0.5 m or more than 1.0 m and with regard to the rollover frequency pattern and/or the structure-borne noise emissions and/or the temperature curve over the duty cycle and/or a noise emission pattern.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels und zugehöriger Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
-
1 : eine Darstellung einer Vorrichtung zum Bestimmen des Ist-Zustands und/oder der Restlebensdauer von Strukturbauteilen einer Arbeitsmaschine nach einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung, -
2 : eine Darstellung der Vorrichtung aus1 mit ergänzenden Details in den einzelnen Komponenten der Vorrichtung, -
3 : eine Darstellung des Frequenzbilds entsprechend einem Schadmuster und dessen Transformation zu einer spezifisch auf das interessierende System adaptierten Frequenzschadssignatur, und -
4 : eine schematische Darstellung des synthetischen Generierens einer Schadenscharakteristik ausgehend von einem durch Strukturanalyse generierten Grundschwingungsbild und dessen Transformation zu einem spezifischen Schadenscharakteristikbild.
-
1 : an illustration of a device for determining the actual state and/or the remaining service life of structural components of a work machine according to an advantageous embodiment of the invention, -
2 : a representation of the device1 with additional details in the individual components of the device, -
3 : a representation of the frequency image corresponding to a damage pattern and its transformation to a frequency damage signature specifically adapted to the system of interest, and -
4 : a schematic representation of the synthetic generation of a damage characteristic based on a fundamental vibration image generated by structural analysis and its transformation to a specific damage characteristic image.
Wie die Figuren zeigen, umfasst das Condition Monitoring System 1 eine aktive, selbstimplementierende Datenbank 2, die eine Vielzahl von synthetisch generierten Schadenscharakteristiken als Referenzbeispiele 3 in Form von Datensätzen bereithält, die verschiedene Schadensbilder eines Strukturbauteils 4 angeben und Parameter beinhalten, an denen sich das jeweilige Schadensbild festmacht bzw. die für das jeweilige Schadensbild charakteristisch sind.As the figures show, the condition monitoring system 1 includes an active, self-implementing
Wie
Ein weiteres, als „Sample II“ bezeichnetes Referenzbeispiel 3 kann die Schadenscharakteristik eines Antriebsbausteins enthalten, beispielsweise in Form der Zahneingriffsfrequenz einer Antriebswelle.Another reference example 3, referred to as "Sample II", can contain the damage characteristics of a drive module, for example in the form of the meshing frequency of a drive shaft.
Diverse weitere Referenzbeispiele können beispielsweise einen Temperaturverlauf eines Lagers über die Laufzeit und/oder über die Zeit nach Abschaltung, oder ein Schallemissionsspektrum eines Wälzlagers, oder ein Vibrationsmuster eines Bauteils oder andere charakteristische Schadensbilder enthalten.Various other reference examples can contain, for example, a temperature profile of a bearing over the running time and/or over the time after it has been switched off, or an acoustic emission spectrum of a roller bearing, or a vibration pattern of a component or other characteristic damage patterns.
Wie die Figuren zeigen, kann an die Datenbank 2 eine Bestimmungseinrichtung 5 angebunden sein, die die genannten synthetischen Schadenscharakteristika automatisch aus bereitgestellten Konstruktionsdaten zu dem jeweiligen Strukturbauteil 4 generiert, insbesondere aus Geometrie- und/oder Zeichnungs- und/oder Material- und/oder Werkstoffdaten berechnet. Eine solche Bestimmungseinrichtung kann die Schadenscharakteristika für ein jeweiliges Strukturbauteil ggf. auch abschätzen, unter Zuhilfenahme gespeicherter Datensätze für ähnliche Strukturbauteile, und/oder aus bekannten, typischen Schadenscharakteristika für ein bestimmtes Strukturbauteil die synthetische Schadenscharakteristik für das interessierende Strukturbauteil abschätzen, beispielsweise durch Inter- und/oder Extrapolation auf Basis der Geometriedaten.As the figures show, a
Für die synthetische Generierung von Schadenscharakteristika kann zunächst die Kinematik des konkreten, interessierenden Systems berechnet werden. Insbesondere können für beliebige Maschinenkomponenten wie beispielsweise Wälzlager, Verzahnungen oder Wellen kinematische Frequenzen ausgerechnet werden. Mit Kinematik ist dabei eine Beschreibung des Systems durch dessen Geometrie und zeitlich veränderliche Parameter unabhängig von Kräften und Energien gemeint.For the synthetic generation of damage characteristics, the kinematics of the specific system of interest can first be calculated. In particular, kinematic frequencies can be calculated for any machine components such as roller bearings, gearing or shafts. Kinematics means a description of the system through its geometry and parameters that change over time, independently of forces and energies.
Betrachtet man beispielsweise ein Wälzlager, kann die Kinematik folgendermaßen bestimmt werden, wobei beispielsweise als Geometriedaten die Wälzkörperanzahl z, der Wälzkörperdurchmesser Dw, der Teilkreisdurchmesser DPW unter Berührwinkel α als bekannt vorausgesetzt oder ggf. aus einer Konstruktionsdatenbank erhalten werden können. Dabei können zur Bestimmung der Kinematik des Wälzlagers folgende Schritte ausgeführt werden:
Um ein Schadensmuster beispielsweise für einen Schaden des Außenrings des Wälzlagers zu generieren, kann folgendermaßen vorgegangen werden, vgl. insbesondere auch
- • Generieren von Spektren mit entsprechender Schadinformation
- • Aus Berechnung der Überrollfrequenz am Außenring uA kann im Frequenzbereich Schadenssignatur für beispielsweise Lager Außenringschaden generiert werden (Schadmuster sind bekannt (aus Literatur) bzw. liegen aus anderen Messungen vor.
- • Generation of spectra with corresponding malicious information
- • From the calculation of the rollover frequency on the outer ring, etc., damage signatures can be generated in the frequency range, for example for bearing outer ring damage (damage patterns are known (from literature) or are available from other measurements.
Dabei kann ein normierter Datensatz mittels Kinematik auf geometrische Varianten umgerechnet werden.A standardized data set can be converted to geometric variants using kinematics.
Hierdurch kann das Frequenzmuster gemäß
- • Transformieren der Schadsignatur im Frequenzbereich (ƒ̂) in den Zeitbereich (ƒ) → X (jw) -> x (t) zur Erzeugung der Anregungsstöße entsprechend der Maschinen-Schadcharakteristik ƒ(uA), vgl.
3 , unterer Teil.
- • Transforming the damage signature in the frequency range (ƒ̂) into the time range (ƒ) → X (jw) -> x (t) to generate the excitation shocks according to the machine damage characteristic ƒ(uA), cf.
3 , lower part.
Alternativ oder zusätzlich kann für die Erstellung eines Schadmusters, das einen Außenringschaden des Wälzlagers wiedergibt, folgendermaßen vorgegangen werden:
- • Generieren von Spektren mit entsprechender Schadinformation
- • Aus Strukturanalyse (bspw. Aus FE-Simulation) kann Eigenschwingungsform der Struktur bestimmt werden
→ Erzeugen von Grundschwingung ƒ(SchAni), vgl.
4 oberer Teil - • Überlagerung der Maschinen-Schadcharakteristik f(uA) und der Grundschwingung ƒ(SchAni) zur Erzeugung von synthetisch generierten Schadenscharakteristiken/Samples, vgl.
4 unterer Teil.
- • Generation of spectra with corresponding malicious information
- • The mode of vibration of the structure can be determined from the structural analysis (e.g. from FE simulation) → generation of fundamental mode ƒ(Sch Ani ), cf.
4 upper part - • Superimposition of the machine damage characteristics f(u A ) and the fundamental oscillation ƒ(Sch Ani ) to generate synthetically generated damage characteristics/samples, cf.
4 lower part.
Vorteilhafterweise kann durch die Kombination der synthetischen Schadenscharakteristiken bzw. Samples die Körperschallsignatur eines Systems bzw. eines interessierten Bauteils bereits in der Konstruktionsphase generiert werden, wodurch das bei bisherigen Monitoringsystemen notwendige, aufwendige Anlernen mittels realer Maschinenausfälle und ggf. unter Verwendung von künstlicher Intelligenz ausgeführt werden kann, vermieden werden kann. Ohne synthetische Generierung einer Körperschallsignatur bzw. einer Schadenscharakterisik auf Basis der Konstruktionsdaten müssten mindestens 7 bis 8 reale Systeme, die dem interessierten System entsprechen, im Versuch mit bekannten Ausfällen untersucht werden. Im Gegensatz hierzu stehen durch die synthetisch generierten Schadenscharakteristiken dem KI-Baustein bereits mehr als 2/3 der zu erwartenden Schadensmuster zur Verfügung, was die Anlernzeit und den Anlernaufwand zur Verfeinerung des Systems beträchtlich reduziert. Beispielsweise können die restlichen, noch fehlenden bzw. nicht synthetisch generierten Schadenscharakteristiken beispielsweise in der Größenordnung von 20% durch ein selbstlernendes System rückgeführt werden.Advantageously, by combining the synthetic damage characteristics or samples, the structure-borne noise signature of a system or an interested component can already be generated in the design phase, which means that the complex training required in previous monitoring systems can be carried out using real machine failures and, if necessary, using artificial intelligence , can be avoided. Without synthetic generation of a structure-borne noise signature or a damage characteristic based on the design data, at least 7 to 8 real systems that correspond to the system in question would have to be examined in tests with known failures. In contrast, due to the synthetically generated damage characteristics, the AI module already has more than 2/3 of the damage patterns to be expected, which considerably reduces the training time and effort required to refine the system. For example, the remaining, still missing or not synthetically generated damage characteristics, for example in the order of 20%, can be returned by a self-learning system.
Um komplexeren Schadensbildern oder Abnutzungserscheinungen gerecht zu werden, ist der aktiven, selbstimplementierenden Datenbank 2 vorteilhafterweise ein Kombinationsbaustein 6 zugeordnet, der die von der Bestimmungseinrichtung 5 aus den Konstruktionsdaten synthetisch bestimmten Schadenscharakteristika miteinander kombiniert und hierdurch kombinatorische Schadenscharakteristiken generiert.In order to do justice to more complex damage patterns or signs of wear, the active, self-implementing
Vorteilhafterweise kann den Schadenscharakteristiken, beispielsweise den synthetisch generierten Schadenscharakteristiken und/oder den kombinatorisch ermittelten Schadenscharakteristiken, eine Gewichtung gegeben werden, die von einem Gewichtungsbaustein 7 erzeugt werden kann, insbesondere auf Basis der Wahrscheinlichkeit eines Auftretens eines jeweiligen Schadenfalls.The damage characteristics, for example the synthetically generated damage characteristics and/or the combinatorially determined damage characteristics, can advantageously be given a weighting that can be generated by a
Die genannte Datenbank 2 bzw. die dieser zugeordneten Bausteine zur Bestimmung der Schadenscharakteristiken, d.h. insbesondere die Bestimmungseinrichtung 5 und/oder der Kombinationsbaustein 6 und/oder der Gewichtungsbaustein 7 können Teil eines selbstlernenden KI-Systems 8 sein oder von einem solchen KI-System 8 gebildet sein, das mit künstlicher Intelligenz ausgestattet ist und eine Beziehung zwischen einem bestimmten Zustandsparameter oder mehreren Zustandsparametern eines Strukturbauteils und einem Schadensbild des Strukturbauteils bzw. dessen Ist-Zustand und/oder Restlebensdauer abschätzen bzw. bestimmen kann, wobei das KI-System beispielsweise einen Regressionsanalysebaustein aufweisen kann, um die genannte Beziehung zwischen einem Parameter oder einem Parametersatz und dem Ist-Zustand bzw. der Restlebensdauer des Strukturbauteils anhand sich einstellender Veränderungen anpassen kann.Said
Wie die Figuren weiterhin zeigen, umfasst das Condition Monitoring System 1 ferner eine Sensorik 9, die verschiedene Sensoren zum Messen bzw. Erfassen relevanter Zustandsgrößen oder Parameter des interessierenden Strukturbauteils 4 umfassen kann, wobei die genannten Sensoren je nach Strukturbauteil unterschiedlich beschaffen sein können.As the figures also show, the condition monitoring system 1 also includes a
Beispielsweise kann die genannte Sensorik 9 einen Körperschallsensor und/oder einen Wegsensor und/oder einen Geschwindigkeitssensor und/oder einen Beschleunigungssensor und/oder einen Temperatursensor umfassen, um entsprechende Zustandsgrößen am Strukturbauteil 4 oder damit verbundenen Umgebungsbauteilen erfassen zu können, beispielsweise Schwingungsdaten, Temperaturdaten, Schmierstoffdaten, Geräuschemissionsdaten oder andere relevante Zustandsinformationen des Strukturbauteils 4.For example, said
Die genannten Zustandsinformationen, die von der Sensorik 9 erfasst und bereitgestellt werden, können durch eine Auswerteeinrichtung 10 ausgewertet und mit den von der Datenbank 2 bereitgestellten Schadenscharakteristiken verglichen werden, um den Ist-Zustand und/oder die Restlebensdauer des Strukturbauteils 4 zu bestimmen. Wie
Anhand der Auswertung der Auswerteeinrichtung 10 kann ein Prognose- und/oder Trendanalysebaustein 13 eine Prognose für den Ist-Zustand und/oder einen Trend für den Ist-Zustand des Strukturbauteils und/oder der gesamten Maschine abgeben, vgl.
Wie die Figuren zeigen, umfasst das Condition Monitoring System 1 ferner eine Anpasseinrichtung 14, die die von der Datenbank 2 bereitgehaltenen Schadenscharakteristiken anhand der Auswertungen der Auswerteeinrichtung 10 bzw. anhand der bestimmten Zustands- und/oder Restlebensdauer-Informationen anpasst.As the figures show, the condition monitoring system 1 also includes an
Die genannte Anpasseinrichtung 14 ist vorzugsweise Teil eines selbstlernenden KI-Systems oder wird von einem solchen KI-System 8 gebildet, welches eine Rückführung von realen Maschinenzustandsdaten und/oder eine Integration in die bestehenden Referenzbeispiele 3 mittels künstlicher Intelligenz vorsieht.Said
Insbesondere kann das KI-System 8 die synthetischen Schadenscharakteristiken und/oder die hieraus kombinatorisch gebildeten Schadenscharakteristiken in Abhängigkeit relevanter Maschinenzustands- und/oder Umweltparameter anpassen, insbesondere beispielsweise in Abhängigkeit vom Alter des Strukturbauteils 4, dem Maschinen- und/oder Betriebszustand und den Veränderungen von Umwelteinflüssen anpassen. Hierdurch kann die Prognose immer scharf gehalten und die Fehlerquote minimiert werden.In particular, the
Das Condition Monitoring System 1 greift somit insbesondere auf ein Datenanalysemodell auf Basis von synthetisch generierten Maschinenbetriebs-Charakteristika zurück.The condition monitoring system 1 thus uses in particular a data analysis model based on synthetically generated machine operating characteristics.
Hierzu werden ausgehend von der Konstruktion einer Komponente/ eines Produktes synthetische Betriebs-Charakteristika in Form von Samples künstlich generiert. Dabei entspricht jedes Sample einer spezifischen Schadenscharakteristik einer bestimmten Komponente (Bspw. Überrollfrequenz Lageraußenring, Zahneingriffsfrequenz Antriebswelle, o.Ä.) welche aus Geometrie-/ Zeichnungsdaten berechnet werden kann.For this purpose, based on the construction of a component/product, synthetic operating characteristics are generated artificially in the form of samples. Each sample corresponds to a specific damage characteristic of a certain component (e.g. rollover frequency of bearing outer ring, frequency of gear meshing of drive shaft, etc.) which can be calculated from geometry/drawing data.
Durch Kombination der spezifischen, synthetischen Samples wird ein komplexes Bild aller möglichen, messbaren Schadformen erzeugt. Diese Datenbank kann im Nachhinein mit den gemessenen Schadensmerkmalen (bspw. durch Körperschall etc.) verglichen und der Zustand der Komponente bewertet werden. Durch die große Menge an Variationen findet der Vergleich mittels Künstlicher Intelligenz (KI) oder eine vergleichbaren Feature Erkennung statt.By combining the specific, synthetic samples, a complex picture of all possible, measurable forms of damage is generated. This database can be compared afterwards with the measured damage characteristics (e.g. due to structure-borne noise, etc.) and the condition of the component can be evaluated. Due to the large number of variations, the comparison takes place using artificial intelligence (AI) or a comparable feature recognition.
Die Samples bzw. Referenzbeispiele der Schadenscharakteristiken, sowie die Kombination selbiger kann bereits im Vorhinein in einer Abgleich-Datenbank hinterlegt und der jeweiligen Komponente zugeordnet werden.The samples or reference examples of the damage characteristics, as well as the combination of the same, can be stored in advance in a comparison database and assigned to the respective component.
In einer weiteren Ausbaustufe kann jedes Sample entsprechend der Auftretenswahrscheinlichkeit (Häufigkeit der Ausfallursache der jeweiligen Komponente) gewichtet werden.In a further expansion stage, each sample can be weighted according to the probability of occurrence (frequency of the cause of failure of the respective component).
Entsprechend der Lernfähigkeit des Systems kann die Sample-Datenbank der Schadensmerkmale erweitert werden. Durch die nachgelagerte Schadensanalyse kann das System darüber hinaus „belohnt“ werden, um die Erkennungsrate für verwandte Samples (bspw. anderer, jedoch ähnlicher Komponenten) verbessern zu können.The sample database of damage characteristics can be expanded according to the system's ability to learn. The system can also be "rewarded" by the subsequent damage analysis in order to be able to improve the detection rate for related samples (e.g. other, but similar components).
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- JP 8144312 [0007]JP 8144312 [0007]
- DE 10145571 A1 [0008]DE 10145571 A1 [0008]
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