Modeliranje ekspertnog sustava rane dijagnostike kvarova

Što je ekspertni sustav

Ekspertni sustav je program koji odluku donosi po pravilima koja je netko zapisao, a ne po uzorcima koje je sam pronašao u podacima. Sastoji se od triju dijelova: baze pravila, mehanizma zaključivanja koji pravila provjerava redom, i objašnjenja koje korisniku kaže na temelju čega je zaključak donesen.

Upravo je treći dio razlog zašto se u održavanju ekspertni sustav često bira ispred složenijih modela. Kad se na zaslonu pojavi uzbuna, održavatelj želi znati zašto. Odgovor RMS na osi 2 iznosi 4,8 mm/s, što je iznad praga 4,5 mm/s, uz rastući trend kroz tri tjedna može se provjeriti i osporiti. Odgovor model je izračunao vjerojatnost kvara 0,71 ne može.

Sustav radi na podacima koji dolaze s pristupnika, u pravilu jednom u minuti. Svaka nova vrijednost osvježi bazu činjenica i pokrene provjeru pravila. Ako se nijedno pravilo ne okine, ne događa se ništa; ako se okine, nastaje poruka s razinom, opisom i preporukom.

Pravila ne moraju biti brojna da bi bila korisna. Za PO-1 dostaje ih desetak, a prvih pet pokriva veći dio zabilježenih kvarova. Vrijednost sustava nije u broju pravila nego u tome jesu li pragovi dobro izvedeni i je li poredak pravila smislen.

Odakle dolaze pragovi

Prag je broj koji dijeli uredno stanje od onoga koje traži radnju. Izvodi se iz triju izvora i tek njihovim spajanjem postaje upotrebljiv.

1. Referentno mjerenje na ispravnom stroju. Na PO-1 to je 2,1 mm/s RMS na osi 2 i 1,7 mm/s na osi 3, uz temperaturu reduktora od 52 °C u ustaljenom radu.
2. Preporuke i norme. Za ocjenu stanja strojeva prema efektivnoj brzini vibracija postoje razredi s granicama koje se uzimaju kao polazište, a ne kao propis.
3. Iskustvo održavatelja. Zapisi i razgovori pokazuju kada se u prošlosti stanje mijenjalo i koliko je vremena ostajalo do kvara.

Uobičajeno je pravilo da se prag postavi na dvostruku vrijednost referentnog stanja za upozorenje i na oko trostruku za uzbunu. Na PO-1 to daje 4,2 i 6,3 mm/s, što je zatim usklađeno s razredima iz preporuka i sa sjećanjem održavatelja na prethodne kvarove. Dogovorene su vrijednosti 3,5, 4,5 i 7,1 mm/s.

Pragovi nisu vječni. Nakon zamjene ležaja referentno stanje se mijenja, pa se mjerenje ponavlja i pragovi preračunavaju. Isto vrijedi i nakon promjene programa robota ili mase alata, jer se tada mijenja i opterećenje osi.

Zapis pravila

Pravilo se zapisuje tako da ga razumije i onaj tko ne programira. Uvjet se sastoji od jedne ili više usporedbi povezanih veznicima I i ILI, a zaključak sadrži razinu, vjerojatan uzrok, preporučeni zahvat i rok.

PRAVILO P3  "napredno trosenje lezaja osi 2"
  AKO   rms_os2 >= 4.5  I  rms_os2 < 7.1
  ONDA  razina   = UZBUNA
        uzrok    = "napredno trosenje lezaja osi 2"
        zahvat   = "pregled i mjerenje zazora, priprema zamjenskog lezaja"
        rok      = 48 h
        poruka   = "RMS " + rms_os2 + " mm/s iznad praga 4.5 mm/s"

Pravila se pišu od najozbiljnijeg prema najblažem i provjeravaju tim redom. Prvo pravilo koje je istinito određuje ishod; ostala se ne provjeravaju. Taj se postupak zove prekid na prvom pogotku i sprječava da jedna pojava proizvede tri različite poruke.

Sedmo pravilo često se zaboravi, a važno je koliko i ostala. Sustav koji šuti jer senzor ne radi izgleda jednako kao sustav koji šuti jer je sve u redu. Nadzor vlastite ispravnosti dio je svakog ozbiljnog rješenja.

Stablo odlučivanja

Popis pravila lako se prikaže i kao stablo. Svaki čvor je pitanje s odgovorom da ili ne; grana da vodi na zaključak, grana ne na sljedeće pitanje. Takav prikaz pokazuje ono što se iz popisa ne vidi odmah: poredak pitanja i to da niže pravilo dolazi na red samo ako su sva viša neistinita.

Poredak pitanja nije proizvoljan. Na vrhu je ono što traži trenutačno zaustavljanje, jer se takav zaključak ne smije propustiti zbog nekog blažeg pravila. Odmah zatim dolazi temperatura, jer manjak maziva u prijenosniku može uništiti zupčanike u nekoliko sati, dok trošenje ležaja obično daje tjedne vremena.

Stablo je ujedno i alat za razgovor s održavateljima. Nacrtano na jednom listu, ono se pregledava zajedno s ljudima iz pogona, koji vrlo brzo prepoznaju nedostaje li neka grana ili je neki rok prekratak. Taj je pregled dio izrade modela, a ne formalnost.

Razine uzbune

Sve što sustav javi nije jednako hitno. Tri razine dovoljne su i u najvećem broju pogona: obavijest, upozorenje i uzbuna. Svaka ima svog primatelja, svoj rok i svoj način prikaza.

Na slici se dobro vidi zašto se uopće mjeri. Stanje se ne mijenja skokom: RMS raste polako, prelazi prag obavijesti oko devetog tjedna, a prag upozorenja tek nešto kasnije. Između prvog prelaska i kvara ostaje sedamnaest dana — više nego dovoljno da se ležaj naruči i zamijeni u planiranom zastoju, umjesto u noćnoj smjeni.

Od simptoma do uzroka i zahvata

Uzbuna koja kaže samo da je nešto iznad praga malo vrijedi. Korisna poruka nosi tri podatka: što je izmjereno, što to najvjerojatnije znači i što napraviti. Veza između njih gradi se iz zapisa o prošlim kvarovima i iz znanja održavatelja.

Veza nije uvijek jedan na jedan. Buka pri kretanju može doći i od zazora u prijenosniku i od trošenja ležaja; povišena temperatura može značiti manjak maziva, ali i previsoku sobnu temperaturu ljeti. Zato pravilo daje najvjerojatniji uzrok, a poruka uz njega navodi i druge mogućnosti koje treba provjeriti.

Provjera modela na zabilježenim kvarovima

Model se ne pušta u rad neprovjeren. Najbrža i najjeftinija provjera izvodi se na zapisima iz prošlosti: uzmu se zabilježeni kvarovi i pusti se pravilo preko podataka koji su im prethodili. Ako je na PO-1 mjerenje vibracija uvedeno tek sada, provjera se radi na podacima prvih tjedana rada i na opisima iz radnih naloga.

1. Odaberu se svi kvarovi za koje postoji dovoljno podataka prije događaja.
2. Za svaki se kvar pripremi niz mjerenja iz razdoblja od najmanje mjesec dana prije.
3. Pravila se primijene na te nizove kao da se izvode uživo.
4. Zabilježi se je li se uzbuna okinula, kada i koja.
5. Isti se postupak provede i na razdobljima bez kvara, da se prebroje lažne uzbune.
6. Rezultati se sažmu u tablicu točnih, lažnih i propuštenih uzbuna.
7. Pragovi se prilagode i postupak ponovi dok se ne nađe razuman odnos.

Rezultat provjere nikad nije savršen. Uvijek postoji odnos između osjetljivosti i mira: niži prag hvata više kvarova, ali proizvodi više lažnih uzbuna; viši prag daje mir, ali propušta. Taj se odnos ne rješava tehnikom nego dogovorom o tome što pogonu više smeta.

Ekspertni sustav ili strojno učenje

Pitanje se postavlja rano i zaslužuje pošten odgovor. Strojno učenje nije bolje samo po sebi; ono rješava drugu vrstu zadatka i traži drugu vrstu podataka. Na ćeliji s 6,5 kvarova godišnje jednostavno nema dovoljno primjera kvara da bi se model naučio.

U praksi se sustavi kombiniraju. Ekspertni sustav postavlja se prvi, jer daje korist odmah i usput prikuplja uredno označene podatke: svaka uzbuna i svaki zahvat ostaju zapisani. Nakon dvije do tri godine takvog rada nastaje skup podataka na kojem strojno učenje ima smisla, a pravila ostaju kao sigurnosna mreža i kao objašnjenje.

Baza pravila čuva se kao dio dokumentacije projekta, u obliku koji se može pročitati bez platforme — tablica ili tekstualna datoteka. Svaka izmjena dobiva datum i obrazloženje. Time pravila postaju tehnički zapis jednake vrijednosti kao shema ormara ili popis maziva.

Ključni pojmovi

Provjeri se

Kratka provjera prije prelaska na sljedeću jedinicu. Odgovor se potvrđuje klikom, a obrazloženje se prikazuje odmah.