Разработка и испытания опытного образца блока сбора и обработки данных (регистратора). Разработка и испытания прототипа программного обеспечения системы комплексного контроля.

В заключительном отчете приведены результаты научно-исследовательской и опытно-конструкторской работы по теме «Разработка и испытания опытного образца блока сбора и обработки данных (регистратора). Разработка и испытания прототипа программного обеспечения системы комплексного контроля». Целью выполнения работы является разработка и испытание опытного образца блока сбора и обработки данных (регистратора), разработка и испытание прототипа программного обеспечения системы комплексного контроля. Отчет включает в себя следующие основные разделы: Первый этап календарного плана: 1. Проектирование архитектуры, разработка корпуса и сборка прототипа опытного образца регистратора. 2. Разработка прототипа программного обеспечения для блока сбора и обработки данных (регистратора) 3. Разработка модели дополнительной цифровой обработки диагностических сигналов. 4. Разработка модели блока принятия решений, алгоритма и модели прогнозирования остаточного ресурса. 5. Разработка внешнего вида интерфейса (front-end). Второй этап календарного плана: 6. Разработка блока принятия решений и прогнозирования остаточного ресурса. 7. Разработка блока интерфейса (back-end). 8. Настройка и адаптация прототипа программного обеспечения для работы с опытным образцом регистратора 9. Испытания опытного образца и прототипа программного обеспечения В качестве итогового результата настоящей НИОКР следует считать готовый к изготовлению опытный образец блока сбора и обработки данных (регистратор) и программное обеспечения системы комплексного контроля, которое подготовлено к тестированию на реальном электромеханическом оборудовании. Область применения: сервисные услуги для электротранспорта (для модернизации действующего оборудования), электротранспорт (в частности, ж/д транспорт), машиностроительные предприятия, металлургические предприятия, имеющие в своем составе электромеханическое оборудование с повышенными требованиями к его надежности (для интеграции продукта в создаваемое оборудование). Основные результаты проведенного НИОКР: 1. Функциональные возможности продукта реализованы в полном объеме: разработан блок интерфейса (веб-интерфейс), который через определенные запросы получает данные от сервера и отображает информацию в необходимых полях и на графиках. Соответствует п.5 первого этапа и п.2 второго этапа календарного плана НИОКР. 2. Конструктивные требования и требования к аппаратной части системы и опытного образца регистратора в отдельности соблюдены. Результирующие характеристики выглядят следующим образом: габаритные размеры опытного образца регистратора составили 13÷13÷7 см, масса – 0,5 кг, количество каналов сбора данных – 4 (при испытаниях использовалось 2 канала сбора данных), частота дискретизации 8192 Гц (на все каналы, отлаженная при испытаниях), разрядность – 8 бит, относительная погрешность измерений – 13%, напряжение питания +5-24В, максимальный потребляемый ток 0,5А, возможность подключаться к сети Internet по технологии Wi-Fi на основе стандартов IEEE 802.11. Соответствует п.1 и 2 первого этапа календарного плана НИОКР. 3. Разработана и реализована в прототипе программного обеспечения модель дополнительной цифровой обработки сигналов, позволяющая получать 9 диагностических признаков по каждому информационному потоку (виброускорение и ток). Модель основана на дискретном вейвлет-преобразовании (7 уровней разложения, db-7). Соответствует п.3 первого этапа календарного плана НИОКР. 4. В ходе проведения испытаний осуществлено обучение и тестирование блока принятия решений (нейросетевого классификатора). Получена фактическая достоверность принятия решений прототипом программного обеспечения о техническом состоянии объекта контроля (асинхронный привод) – 98,2%, достоверность прогнозирования ресурса работы узла – 96% (при внесении дефекта отсутствия смазки зубчатой передачи). Соответствует п.4 первого этапа и п.1, 3, 4 второго этапа календарного плана НИОКР. По результату разработки прототипа программного обеспечения для блока сбора и обработки данных (регистратора) (см. п.2) получено свидетельство на Программу для ЭВМ № 2022616519 от 13.04.2022 «Программный модуль для сбора и обработки данных с диагностических датчиков». Проведенный НИОКР считаем завершенным и успешным, т.к. достигнуты все показатели и технические характеристики, установленные в техническом задании. В качестве продолжения разработки проекта следует выделить следующие этапы: 1. Разработка и реализация промышленного образца регистратора. 2. Тестирование и адаптация программного обеспечения системы (регистратора и сервера) на лабораторном стенде и стендах испытаний колесно-моторных блоков. 3. Организация постоянного мониторинга и создание базы данных (сбор и сохранение данных). 4. Доработка и апробация алгоритмов оценки остаточного ресурса в условиях изменяющихся режимов работы и нагрузок (на стендах). 5. Проведение испытаний по исследованию различных неисправностей в совокупности с различными режимами работы на реальном оборудовании (поезда с асинхронным тяговым приводом: «Иволга», «Ласточка», электровозы 2ЭС10, дизельные электровозы ТГ16Н, поезда метро «Москва-2020» и т.д.). 6. Проведение масштабного математического эксперимента для обоснования повышения эффективности диагностирования по сравнению с аналогами. 7. Разработка методики диагностирования технического состояния и методики внедрения системы на действующее оборудование поездов. Работа актуальна и значима. Это подтверждается большой заинтересованностью предприятий по внедрению систем диагностики (не только транспортного машиностроения). В настоящее время ведутся активные переговоры и взаимодействия с партнерами для дальнейшего развития и внедрения проекта: 1. АО «Трансмашхолдинг» – проект участвовал в финале акселератора Стартап-платформы (TMH: New Vision). 2. ООО «Уральские локомотивы» – проект включен в перспективный план создания, испытания и внедрения системы комплексной диагностики электровозов 2ЭС10. 3. АО «УЭХК» – проект обсуждался на совещании по вопросу проведения совместных НИОКР силами служб главных специалистов АО «УЭХК» и НТИ НИЯУ МИФИ (Протокол №12-49/549-ПР от 08.06.2022). 4. ОАО «РЖД» – проект участвовал в Дне инноваций Свердловской железной дороги (Протокол №99/ПР от 12.04.2022 совещания у и.о. заместителя главного инженера Свердловской железной дороги «О рассмотрении инновационных проектов в Екатеринбургском регионе Свердловской железной дороги»). Отчет состоит из 63 страниц основного текста, содержит 9 разделов, 25 рисунков, 6 таблиц и 5 приложений. Ключевые слова: диагностика, неразрушающий контроль, электропривод, электромеханическое оборудование, блок сбора данных. Работы, заявленные в техническом задании и календарном плане, выполнены успешно и в полном объеме.