Arbeitsgemeinschaft Fuzzy-Logik und
Soft Computing Norddeutschland AFN
Technische Universität
Clausthal artesco
| Institut für Technische Mechanik artesco | Die Ingenieurgesellschaft mbH |
| Abteilung Schwingungsmechanik und Maschinendiagnostik | Automatisierungstechnik |
| Graupenstraße 3 | Osteröder Straße 6a |
| D-38678 Clausthal - Zellerfeld | D-38678 Clausthal-Zellerfeld |
| Ansprechpartner: | |
| Dr.-Ing. Jens Strackeljan | Dipl. Math. Dagmar Andoleit |
| Telefon: (0 53 23) 72- 2057 | 0 53 23 9 49- 73 |
| Telefax: (0 53 23) 72- 2337 | 0 53 23 9 49- 76 |
| E-Mail: tmjs@itm.tu-clausthal.de | artesco@t-online.de |
| URL: http://www.tu-clausthal.de |
Das Institut für Technische Mechanik vertritt mit seinen drei Abteilungen Schwingungs-mechanik und Maschinendiagnostik, Kontinuums- und Werkstoffmechanik, Strömungs-mechanik und Systemsimulation den gesamten Bereich der Mechanik- Ausbildung im Fachbereich Maschinenbau- und Verfahrenstechnik an der TU Clausthal.
Die ausstellende Abteilung Schwingungsmechanik und Maschinendiagnostik arbeitet im Bereich der Schwingungsmechanik seit vielen Jahren schwerpunktmäßig auf den Gebieten:
Neben der Grundlagenforschung in diesen Bereichen tritt die Abteilung auch als Dienst-leistungsanbieter für die Industrie auf. Das Spektrum der bisher durchgeführten Projekte reicht dabei von der Erfassung von Schwingungssignalen an Dentalbohrern bis zur schwingungs-technischen Beurteilung kompletter Walzwerksantrieb. Das Institut verfügt über eine komplette Ausstattung zur Erfassung und Weiterverarbeitung von Schwingungssignalen, mechanischen Dehnungen und Telemetriesystemen zur Datenübertragung. Entsprechend kundenspezifischer Vorgaben konnten schon komplette Neukonstruktionen von schnelllaufenden Rotorsystemen erstellt werden. Daneben sind verschiedene Softwareprogramme zur Auslegung von Rotorsystemen und ein umfangreiches Überwachungssystem bezüglich rotierender Maschinenteile bis zur Marktreife entwickelt und implementiert und in der Industrie implementiert worden. Es besteht ebenfalls die Möglichkeit, komplexe dynamische FEM- Rechnungen z.B. für Crash-Untersuchungen zu bearbeiten. Das Labor des Institutes verfügt über diverse Prüfstände zur Durchführung von Forschungsarbeiten im Bereich der Maschinenüberwachung.
Mitarbeiter des Institutes haben große Erfahrungen in der Ausrichtung
von Schulungen und Weiterbildungen über Themen der Schwingungsmechanik,
Maschinenüberwachung, Qualitätskontrolle und Meßtechnik.
Die mit der Hardware-Entwicklung und -Produktion betraute artesco - Die
Ingenieurgesellschaft mbH ist ein innovatives, junges Unternehmen, welches
aus ehemaligen Mitarbeitern der Technischen Universitat Clausthal hervorgegangen
ist. Mit zur Zeit 5 festen, 3 freien Mitarbeitern sowie mehreren studentischen
Hilfskräften spezialisierte sich das Unternehmen auf Regelungen und
Steuerungen sowie Sonderlösungen nach Kundenanforderungen auf der Basis
von Mikro-Controllern.
2. Vorstellung der Exponate zum Forschungsforum
`97
Sicherheitsaspekte machen in vielen Bereichen des Maschinenbaus, der chemischen Industrie und im konventionellen und nuklearen Kraftwerksbetrieb eine weitgehend störungsfreie Prozeßführung notwendig, die in der Regel nur durch eine automatische Überwachung der am Prozeß beteiligten relevanten Maschinen erreicht werden kann. Die Nutzung von Schwingungssignalen hat sich hierbei für viele Anwendungen der Maschinenzustandsbeurteilung als geeignete Diagnosemethode erwiesen.
Die rasante Entwicklung der Rechnertechnik hat dabei auch die kommerziell verfügbaren Softwareprodukte im Hinblick auf Benutzungsoberfläche, Bedienungskomfort, Ergebnisdarstellungen und Datenspeicherung erheblich verbessert.
Dennoch erscheinen die meisten handelsüblichen Maschinenüberwachungssysteme auch heute noch nicht ausreichend geeignet, komplexe Diagnoseaufgaben zu erfüllen, wobei vor allem unter Berücksichtigung starker Störeinflüsse folgende Mängel anzuführen sind:
Eine deutliche Verbesserung der Diagnosesicherheit ist durch die gleichzeitige Berücksichtigung mehrerer Schwingungsmerkmale und der zusätzlichen Verarbeitung möglichst vieler Prozeßgrößen, wie z.B. Drücke, Temperaturen etc. zu erzielen, wobei zum Einsatz von klassifizierenden Mustererkennungsverfahren, zur automatischen Beurteilung eines technischen Objektes, derzeit keine konkurrenzfähige Alternative verfügbar sein dürfte.
Als wesentliches Hilfsmittel beim Entwurf eines derartigen Klassifikators erweist sich die mathematische Formulierung unscharfer Mengen, die vor allem in Form der sogenannten Fuzzy-Logik schon heute in vielen Bereichen der Regelungstechnik zum Einsatz kommt. Dabei ist es aber keineswegs zwingend, Methoden zu benutzen, die nur regelbasiert arbeiten, denn die benötigten Verknüpfungen können wie im Fall des vorliegenden Handgerätes auch durch andere mathematische Algorithmen erfolgen. Die Grundaufgabe des Klassifikators, ein durch den Merkmalsvektor charakterisiertes Muster einer der Entscheidungsklassen zuzuordnen, ist für die Verwendung klassischer, d.h. scharfer Klassifikatoren und für unscharfe Mustererkennungsmethoden weitgehend identisch. Während bei scharfen Mustererkennungsverfahren allerdings eine Zuordnung zu exakt einer Klasse vorgenommen wird, erlauben unscharfe Methoden über die Berechnung sogenannter Klassenzugehörigkeiten die Zuordnung zu mehreren Zuständen. Bei komplexen Diagnoseaufgaben mit starkem Störpegel und bei Mehrfachschädigungen sind scharfe Klassifikationssysteme häufig mit erheblichen Fehlklassifikationen verbunden. Ebenso muß bei Verschleißvorgängen ohne klare Trennung zwischen den verschiedenen Fehlerklassen ein scharf klassifizierendes System zu einem Informationsverlust im Übergangsbereich führen. Derartige Mängel können durch die Verwendung eines unscharfen Klassifikationsalgorithmus deutlich verbessert werden.
Das an der TU Clausthal von den Autoren entwickelte PC-gestützte Monitorsystem ist bei der Firma DOW Chemical in Werk Stade in verschiedenen Anlagen sehr erfolgreich im Einsatz.
Als Ansatz zur Überwachung des Maschinenzustandes wird die Messung der Maschinenschwingung im Frequenzbereich bis 50 kHz sowie weitere Prozeßgrößen wie Drucke, Temperaturen, Leistungen etc., die zur Beschreibung des Betriebszustandes notwendig sind, genutzt. Auf dieser Basis lassen sich unzulässige Rotorauslenkungen, Anbackungen, Instabilitäten und Lagerschäden an Gleit- und Wälzlagern zuverlässig detektieren.
Die stetige Weiterentwicklung im Bereich preisgünstiger und leistungsfähiger Mikrocontroller ermöglicht nun auch die Entwicklung eines preiskünstigen Handdiagnosegerätes, das durch den Einsatz von Fuzzy-Technologien auch bei schwankenden Betriebsparametern alle wesentlichen Fehler im Rotor-Welle-System und der Lagerungseinheit erkennen kann und zusätzlich eine Maschinenbeurteilung entsprechend der gängigen Normen und Richtlinien erstellt.
Der im Rahmen des Forschungsforum ausgestellte Prototyp wird noch in
diesem Jahr durch die Ingenieurbüros artesco - Die Ingenieurgesellschaft
mbH und die ISAD GmbH aus Clausthal-Zellerfeld zur Serienreife weiterentwickelt
werden.
3. Weitere Forschungsschwerpunkte
Momentane FORSCHUNGSSCHWERPUNKTE und ENTWICKLUNGSARBEITEN
sind