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WO2019077093A1 - Verfahren und system zum auswerten eines betriebszustandes eines wasserfahrzeugs - Google Patents

Verfahren und system zum auswerten eines betriebszustandes eines wasserfahrzeugs Download PDF

Info

Publication number
WO2019077093A1
WO2019077093A1 PCT/EP2018/078676 EP2018078676W WO2019077093A1 WO 2019077093 A1 WO2019077093 A1 WO 2019077093A1 EP 2018078676 W EP2018078676 W EP 2018078676W WO 2019077093 A1 WO2019077093 A1 WO 2019077093A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
measured value
measured
operating state
processor
operating
Prior art date
Application number
PCT/EP2018/078676
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Bastian Ebeling
Original Assignee
Thyssenkrupp Marine Systems Gmbh
Thyssenkrupp Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Thyssenkrupp Marine Systems Gmbh, Thyssenkrupp Ag filed Critical Thyssenkrupp Marine Systems Gmbh
Publication of WO2019077093A1 publication Critical patent/WO2019077093A1/de

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B23/00—Testing or monitoring of control systems or parts thereof
    • G05B23/02—Electric testing or monitoring
    • G05B23/0205—Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults
    • G05B23/0218—Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults characterised by the fault detection method dealing with either existing or incipient faults
    • G05B23/0224—Process history based detection method, e.g. whereby history implies the availability of large amounts of data
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B71/00—Designing vessels; Predicting their performance
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T70/00—Maritime or waterways transport
    • Y02T70/10—Measures concerning design or construction of watercraft hulls

Definitions

  • the invention relates to a method and a system for evaluating an operating state of a watercraft, in particular for determining a system state.
  • a first motor and a second motor may be arranged close to each other, both of which cause vibrations during operation.
  • the vibrations of the first motor are affected by the vibrations of the second motor.
  • the vibrations are measured.
  • the influence of the vibrations of the second motor on the operation of the first motor is eliminated.
  • a valid (and thus costly) modeling of the transmission paths is necessary, which may also change over time and must therefore be adapted.
  • US 2008/0 133 439 A1 discloses a device for monitoring the presence of an anomaly in a machine tool before and during its use, whereby also a failure of the machine tool is to be detected.
  • US 2017/0 059 332 A1 describes an apparatus and a method for determining a distance to an empty state (DTE) for a motor vehicle.
  • the DTE is the remaining travel distance until a fuel tank or a battery on board the motor vehicle is empty. This remaining distance depends on the distance traveled, operating conditions of the vehicle and environmental conditions.
  • An odometer odometer
  • the driver is shown a predicted remaining distance as a function of the distance traveled so far and of various parameters. This prediction will from a computing unit on board the vehicle (Cluster Controller System 100) continuously updated. For the update, it is predicted which route will be covered at a certain time.
  • the parameters are adjusted and the retraced route is re-predicted.
  • the invention is used on board an electric car, and for the prediction of the remaining route, the available battery energy in kWh and the so-called efficiency (fuel efficiency in km / kWh), ie the quotient of distance traveled so far and used battery energy, used.
  • the object of the invention is to provide an improved technology for monitoring operating states. More particularly, it is an object of the present invention to provide a method and apparatus for automatically monitoring a craft which in many cases automatically detects a system condition other than a desired range without necessarily directly measuring that condition of the system.
  • a method for automatically monitoring a watercraft.
  • an arrangement is used which comprises a measuring device and a data processing device with a processor and a data memory.
  • a first phase and a subsequent second phase are performed.
  • the measuring device measures a large number of first measured values on the vessel.
  • the measuring system continues to measure for every first measured value a first operating state in which this first measured value occurs.
  • a plurality of data records is stored. Each data record includes a first measured value (historical measured value) and the assigned first operating state (historical operating state).
  • the measuring device on the watercraft measures a second measured value (current measured value) and a second operating state (current operating state) in which this second measured value occurs.
  • the processor determines in the data memory all or at least some of those stored data sets, each comprising a first operating state, wherein this first operating state deviates from the measured second operating state by no more than a predetermined tolerance.
  • the processor compares the first measured values belonging to the determined data records with the measured second measured value. If this comparison satisfies a predetermined trigger criterion, the processor triggers the step that a signal is output.
  • a method for evaluating an operating condition of a watercraft comprises the following steps: provision of historical measured values in a data memory which is coupled to a data processing device, at least for a part of the historical measured values in each case a historical measured value being assigned to an operating state; Detecting, by means of a measuring device, a current measured value; Transmitting the current measured value from the measuring device to the data memory; Determining, by a processor of the data processing device, operating states used based on the historical measurement values associated with an operating state; Allocating, by means of the processor, the current measured value to one of the operating states used and evaluating, by means of the processor, the current measured value with reference to the assigned operating state used.
  • a system for evaluating an operating condition of a watercraft has a data processing device with at least one processor, a data memory and a measuring device.
  • the data memory is coupled to the data processing device.
  • Historical measured values are provided in the data memory, wherein in each case at least for a part of the historical measured values a historical measured value is assigned to an operating state.
  • the measuring device is set up to record a current measured value and to transmit the current measured value to the data memory.
  • the processor is set up to determine operating states used on the basis of the historical measured values assigned to an operating state, to assign the current measured value to one of the operating states used and to evaluate the current measured value with reference to the assigned operating state used.
  • operating state is understood to mean one of a number of different and possible modes of operation, for example operation at the design limit, load-free operation or any state in between.
  • system state is a state that the watercraft or a component assumes on its own without a targeted external intervention.
  • a system condition is changed, for example, by wear or aging or cracking.
  • the current measured value can be assigned to a current operating state.
  • each historical measured value is assigned to an operating state.
  • measured value can refer both to a date from an automation and to a data series, for example, a vibration sensor, but the term should also be understood as a multiplicity of measured values during operation of the vessel by a Variety of transducers, data processing information or automation information.
  • the method allows monitoring of measured values and operating states. Among other things, statements about pending maintenance can be made. Furthermore, an evaluation of the operating states is possible.
  • the method is based on the assumption that identical operating states lead to identical measured values when the vessel is unchanged. If, for example, a component of the vessel is operated with a certain power, a first measured value is determined for this purpose. As long as the component is unchanged, each time the component is operated at the specified power, a currently determined metric should match historical values stored in the data memory for the first metric. If there is a deviation between the currently measured value and the historical values, this is an indication that the component has changed, for example due to wear.
  • the situation is similar with the operation of several components.
  • a first component eg, a first motor
  • a second component eg, a second motor
  • the influence of the second component on the first component can be determined without performing calculations.
  • the influence of the second component on the first component is always the same as long as the first component and the second component are unchanged.
  • a system state can be determined without necessarily having to measure this system state directly.
  • identical operating states lead to substantially identical measured values given constant system states. Therefore, the second measured value does not differ significantly (not outside the predetermined tolerance) from a stored first measured value that was determined at such a first operating state, which does not deviate significantly from the second operating state. If the second measured value thus deviates from a first measured value, even though the second operating state is substantially equal to the assigned first operating state, then this is an indication of a change in a system state.
  • the triggered signal preferably comprises a description of the second measured value, a description of the second operating state and optionally a description of the deviating first measured values and / or the substantially identical first operating states.
  • the measuring device first measures the second measured value and the associated second operating state. Subsequently, a test is carried out in which the second measured value is compared with a predetermined desired range. At least when the second measured value is outside the setpoint range, the further steps of the second phase are carried out, ie the current measurement results (second measured value, second operating state) are compared with historical data sets. Thanks to this configuration, the further steps of the second phase are not carried out again after each measurement, which often requires too much computing capacity or too much running time. Rather, the further steps of the second phase, that is to say the comparison of the measurement results with historical data, are only carried out if the second measured value lies outside the desired range.
  • the fact that the second measured value is outside the desired range may be due to an undesired or impermissible system state or else to a permissible, but for example, rarely occurring or extreme operating state. Thanks to the configuration, these two cases are automatically distinguished from each other.
  • the method and system may also be used for facilities other than watercraft, such as land vehicles, aircraft, and industrial plants. Any device that has one or more operating states can be monitored with the technology.
  • the operating states can be obtained, for example, from an automation system.
  • the operating conditions may be various driving modes such as "half power ahead” or “full power ahead", or a combat station.
  • Each operating state can be provided with a time stamp, for example a UTC time stamp (UTC - Coordinated Universal Time).
  • UTC time stamp UTC - Coordinated Universal Time
  • Each historical measured value and / or the current measured value may be assigned a time stamp, for example a UTC time stamp.
  • the measured values can be, for example, a frequency or the frequency spectrum of a vibration, a temperature, a position (eg determined by means of GPS), a water depth, a water temperature, a direction of travel, a speed, an air pressure, an air temperature, a wind speed, on / off information to a component (eg, a pump); An on / off information on flaps and doors, flow rates or oil quality, eg number of particles in the oil, be.
  • Several current measurements of the same size can be determined. It may also be provided to acquire several current measured values of different sizes.
  • the particular operating states used form a so-called cluster (English, see accumulation point) of measured values.
  • Methods of cluster analysis, principal component analysis, artificial intelligence, a self-learning algorithm, methods of evaluating big data, and a combination thereof can be used to determine the operating conditions used.
  • the aforementioned methods can furthermore be used to evaluate the measured values and / or the operating states used.
  • the evaluation comprises a comparison of the current measured value with historical measured values of the assigned operating state used.
  • the evaluation may include a comparison of the current measured value with a predetermined threshold value, wherein a signal is output when the current measured value deviates from the threshold value. The deviation can be an exceeding of the threshold value or an undershooting of the threshold value. It may also be provided a comparison with multiple thresholds.
  • the threshold / thresholds can be determined by an algorithm.
  • the signal may be an optical signal, an audible signal, a tactile signal, an olfactory signal and a combination thereof.
  • the evaluation may include determining a remaining useful life (also called RUL - remaining useful life).
  • the remaining useful life may relate to the used operating state associated with the current measured value. Alternatively or additionally, a remaining service life for a different operating state can be determined.
  • the evaluation comprises determining a change in the operating states used, wherein the change in the operating states used is determined taking into account a frequency of use. If it is determined that only a few selected operating states are actually used by several operating states stored in the automation system, the stored operating states can be adapted to the operating states used.
  • the evaluation can include the determination of a future use of one or more operating states, such that a threshold is not exceeded or undershot during future use (or several thresholds are not exceeded or undershot). For example, future use may include certain mission requirements and / or take into account required redundancy.
  • the evaluation may include an anomaly detection.
  • the method may include a prediction. An anomaly is a departure from expected behavior. The expectation is the so-called prediction of the method, for example: value remains constant as always. If an anomaly occurs (for example, an oscillation energy increases), it can be evaluated, if necessary by checking details (eg at which frequency / which frequencies is an increase). This can be an indicator of wear.
  • the anomaly detection can be done by comparing table values.
  • Switching states between two operating states can be detected and evaluated.
  • each first data record is determined whose first operating state deviates from the measured second operating state by no more than the tolerance.
  • a first data set is only determined if the deviation of the operating states lies within the tolerance and, in addition, a predetermined selection criterion is fulfilled. This embodiment prevents a signal from being emitted too frequently. According to this embodiment, a signal is not output if the measured second measured value deviates only from a few stored first measured values.
  • a deviant first Measured value can occur, for example, when the first measured value was measured during a rapid transition from one operating state to another operating state and therefore occurs only rarely.
  • it is predicted in which range of values a measured value measured by the measuring device will lie at a measuring time lying in the future.
  • a time series is used which consists of stored first measured values and the measured second measured value. This prediction can be used to predict a remaining useful life.
  • based on the stored first operating states it is estimated how often in the future which operating state will be set, and this estimate is used for the prediction of the range of values.
  • the disclosed embodiments of the method may be provided according to the system and vice versa.
  • Fig. 1 is a block diagram of a system
  • Fig. 2 is a flow chart for an embodiment of the method
  • Fig. 3 shows another embodiment of the method.
  • 1 shows a block diagram of a system for evaluating an operating state of a watercraft.
  • the system has a data processing device 1 which has a processor 2 and a memory 3.
  • the data processing device 1 can be designed as a personal computer, server, laptop, tablet or smartphone.
  • the system comprises a measuring device 4 with a measuring sensor 5.
  • the measuring device 4 is configured to detect a measured value for a measured variable by means of the measuring sensor 5.
  • the data processing device 1 and the measuring device 4 are provided with a Data memory 6, for example, a database, data-coupled.
  • the data processing device 1 can also be coupled with the measuring device 4 in terms of data technology.
  • a flowchart of a method is shown in FIG. Measured values are provided in the database 6 (step 10).
  • a historical measured value is assigned to an operating state. Each historical measured value can also be assigned to an operating state. The assignment is also stored in the database.
  • a current measured value is detected (step 20).
  • the current measured value is transmitted from the measuring device 4 to the data memory 6 (step 30).
  • the operating states used are determined (step 40).
  • both the historical measured values that are assigned to an operating state and the current measured value can be taken into account.
  • the current measured value is assigned to one of the operating states used (step 50). Finally, the current measured value is evaluated with reference to the assigned operating state used (step 60).
  • FIG. 1 Another embodiment is shown in FIG. 1
  • An automation system 101 comprises data concerning various information, for example operating states, operating data and / or switching states.
  • the automation system 101 may serve the user or personnel to assist the operation of the watercraft.
  • An operating state may in this case be, for example, the following: "full load machine.”
  • the operating data may relate to various parameters of the watercraft engine, for example one or more internal combustion engines, for example a temperature at a bearing of the engine “and” off ".
  • the information, in particular the operating states are provided with a time stamp (eg a UTC time stamp) (step 102) and exported to a database 103.
  • a time stamp eg a UTC time stamp
  • a current measured value is acquired in a data collection (step 104).
  • the current measured value can be converted into digital data by means of an analog-to-digital converter.
  • the current measurement is assigned a timestamp (e.g., a UTC timestamp) (step 105).
  • the current measured value is stored together with the time stamp in the database 103.
  • Several current measured values can also be recorded and transmitted. This first phase can also be called data acquisition.
  • accumulation points are determined for the data aggregate from historical measured values and the current measured value or values (step 106). This step is also called clustering. Each accumulation point corresponds to an actually used operating state (also called a cluster). The operating states used may be driving modes or a combat station or situation 107.
  • the measured values are subjected to spectral analysis (step 108), for example by means of a fast Fourier transformation.
  • an aggregate of the watercraft for example a turbocompressor
  • this rotational frequency can be discernible in the frequency spectrum which is for another (for example adjacent arranged), in which case a proportion with a frequency of 18,000 rpm with an amplitude of height x is measurable. If the turbo-compressor is not active, its rotation has no influence, the proportion of the ascertained amplitude at the frequency 18,000 rpm would be much less or not at all.
  • the operating conditions used and the results of the analysis are stored in the database 103.
  • the current operating state is determined. It is determined to which used operating state the current measured value (or the current measured values) belongs.
  • the current measured value is assigned to the used operating state (cluster) (step 109).
  • a learned cluster of historical data may be the basis for assigning a current state.
  • a confidence level can be provided, as well as a value for a cluster and, bordering on it, does not match one (or all other) clusters. For example, you can work with the silhouette value ("Silhouette clustering").
  • characteristic values are determined (step 1 10) and stored in the database.
  • the characteristic values are, for example: acceleration a, velocity v, position s effective, peak height, peak position, maximum acceleration, RMS acceleration, vibration energy and radius of a motion ellipse. This phase is called state detection.
  • Measured values are measured values. Characteristic values are derived from one or more measured values. Characteristic values are, for example, energy values that were detected during a vibration measurement. Another possible characteristic value is the mean amplitude over for a frequency range, for example from 100 to 300 Hz, or the amplitude at 1 .000 Hz. It is determined how well the current operating state coincides with the assigned operating state used (step 1 1 1 ). In this step, exceptions can be treated, such as a switch from a first operating state to a second operating state or the use of a previously not considered operating state. The current measured value is compared with limit values (step 1 12) which may be specified by a manufacturer. This phase is also called health assessment. For example, the silhouettes value from the "Silhouette clustering" is usable.
  • step 1 13 it is determined how a common change (eg wear) per used operating state is (step 1 13). As vibration amplitudes increase, this indicates less round-going (machine) components. Wear can be as that Growth of amplitudes are understood. The more the amplitude increases, the greater the wear - the bearing can beat stronger.
  • a common change eg wear
  • future usage is planned taking into account constraints 15 (e.g., mission requirements and / or required redundancy) (step 16). For example, in the case of a mission of the vessel, it may be required to cover 1, 000 nm (nautical miles). This could happen through 100 hours of operation in cluster “c” or through 150 hours in cluster “d". Since, as exemplified above, in cluster “d” the wear may be lower, now cluster “d” might now be the better choice, unless the demand to be at the target 50 hours faster requires a different decision. The mission may alternatively request to be back within 120 hours at the latest. Then 60 hours drive in cluster "c” and 60 hours drive in cluster “d” would be the recommendation.
  • constraints 15 e.g., mission requirements and / or required redundancy
  • a monitoring frequency for example a frequency of the measured value acquisition, can be adapted (step 1 17).
  • the frequency can be increased or decreased. For example, if a change in a measured value starts to get stronger, for example, because deviations of successive measured values exceed a threshold value, it can be checked more frequently.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auswerten eines Betriebszustandes eines Wasserfahrzeugs mit folgenden Schritten: Bereitstellen von historischen Messwerten in einem Datenspeicher (6), die mit einer Datenverarbeitungseinrichtung (1) gekoppelt ist, wobei zumindest für einen Teil der historischen Messwerte jeweils ein historischer Messwert einem Betriebszustand zugeordnet ist; Erfassen, mittels einer Messeinrichtung (4), eines aktuellen Messwerts; Übertragen des aktuellen Messwerts von der Messeinrichtung (4) an den Datenspeicher (6); Bestimmen, mittels eines Prozessors (2) der Datenverarbeitungseinrichtung (1), von genutzten Betriebszuständen anhand der historischen Messwerte, die einem Betriebszustand zugeordnet sind; Zuordnen, mittels des Prozessors (2), des aktuellen Messwerts zu einem der genutzten Betriebszustände und Auswerten, mittels des Prozessors (2), des aktuellen Messwerts mit Bezug zu dem zugeordneten genutzten Betriebszustand. Weiterhin ist ein System zum Auswerten eines Betriebszustandes eines Wasserfahrzeugs vorgesehen.

Description

Verfahren und System zum Auswerten eines Betriebszustandes eines Wasserfahrzeugs
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zum Auswerten eines Betriebszustandes eines Wasserfahrzeugs, insbesondere zum Ermitteln eines Systemzustands.
Es ist bekannt, bei sich beeinflussenden Systemen Messwerte zu den Systemen zu ermitteln und mittels mathematischer Modelle die Beeinflussung zu berechnen. Beispielsweise können ein erster Motor und ein zweiter Motor nahe beieinander angeordnet sein, wobei beide Motoren im Betrieb Schwingungen verursachen. Im Betrieb werden die Schwingungen des ersten Motors durch die Schwingungen des zweiten Motors beeinflusst. Zur Überwachung des Betriebs der beiden Motoren werden die Schwingungen gemessen. Der Einfluss der Schwingungen des zweiten Motors auf den Betrieb des ersten Motors wird herausgerechnet. Hierzu ist eine valide (und damit aufwändige) Modellierung der Übertragungswege nötig, die sich ggf. über die Zeit auch ändern kann und somit angepasst werden muss.
Im Dokument US 2008 / 0 133 439 A1 ist eine Vorrichtung zum Überwachen des Vorhandenseins einer Anomalie in einem Maschinenwerkzeug vor und während dessen Nutzung offenbart, wobei auch ein Ausfall des Maschinenwerkzeugs detektiert werden soll.
In US 2017 / 0 059 332 A1 werden eine Vorrichtung und ein Verfahren beschrieben, um für ein Kraftfahrzeug einen Abstand zu einem Leerzustand (distance to empty, DTE) zu bestimmen. Die DTE ist die noch verbleibende Fahrtstrecke, bis ein Kraftstofftank oder eine Batterie an Bord des Kraftfahrzeugs leer ist. Diese verbleibende Fahrtstrecke hängt von der bislang zurückgelegten Fahrtstrecke, von Betriebsbedingungen des Fahrzeugs sowie von Umgebungsbedingungen ab. Ein Kilometerzähler (odometer) misst laufend die tatsächlich zurückgelegte Fahrtstrecke. Dem Fahrer wird eine vorhergesagte verbleibende Fahrtstrecke als Funktion der bislang zurückgelegten Fahrtstrecke sowie von verschiedenen Parametern angezeigt. Diese Vorhersage wird von einer Recheneinheit an Bord des Fahrzeugs (Cluster Controller System 100) laufend aktualisiert. Für die Aktualisierung wird vorhergesagt, welche Fahrtstrecke an einem bestimmten Zeitpunkt zurückgelegt sein wird. Falls die bis zu diesem Zeitpunkt tatsächlich zurückgelegte Fahrtstrecke kleiner als die vorhergesagte Fahrtstrecke ist, werden die Parameter angepasst, und eine erneute Vorhersage der zurückgelegten Fahrtstrecke wird durchgeführt. In einer Ausgestaltung wird die Erfindung an Bord eines Elektroautos verwendet, und für die Vorhersage der verbleibenden Fahrtstrecke werden die verfügbare Batterieenergie in kWh sowie die so genannte Effizienz (fuel efficiency in km/kWh), also der Quotient aus bislang zurückgelegter Fahrtstrecke und verbrauchter Batterieenergie, verwendet.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Technologie zum Überwachen von Betriebszuständen anzugeben. Insbesondere liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung zum automatischen Überwachen eines Wasserfahrzeugs bereitzustellen, welche in vielen Fällen einen von einem Soll-Bereich abweichenden Systemzustand automatisch erkennen, ohne diesen Systemzustand notwendigerweise direkt zu messen.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den in Anspruch 1 und Anspruch 1 1 angegebenen Merkmalen und ein System mit den in Anspruch 21 und Anspruch 22 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den Zeichnungen.
Gemäß einem Aspekt wird ein Verfahren bereitgestellt, um automatisch ein Wasserfahrzeug zu überwachen. Hierfür wird eine Anordnung verwendet, welche eine Messeinrichtung sowie eine Datenverarbeitungseinrichtung mit einem Prozessor und einem Datenspeicher umfasst.
Eine erste Phase und eine zeitlich nachfolgende zweite Phase werden durchgeführt.
In der ersten Phase misst die Messeinrichtung am Wasserfahrzeug eine Vielzahl von ersten Messwerten. Für jeden ersten Messwert misst die Messeinrichtung weiterhin einen ersten Betriebszustand, bei dem dieser erste Messwert auftritt. In dem Datenspeicher wird eine Vielzahl von Datensätzen abgespeichert. Jeder Datensatz umfasst jeweils einen ersten Messwert (historischer Messwert) und den zugeordneten ersten Betriebszustand (historischer Betriebszustand).
In der zweiten Phase misst die Messeinrichtung am Wasserfahrzeug einen zweiten Messwert (aktueller Messwert) und einen zweiten Betriebszustand (aktueller Betriebszustand), bei dem dieser zweite Messwert auftritt. Der Prozessor ermittelt in dem Datenspeicher alle oder mindestens einige derjenigen abgespeicherten Datensätze, die jeweils einen ersten Betriebszustand umfassen, wobei dieser erste Betriebszustand von dem gemessenen zweiten Betriebszustand um nicht mehr als eine vorgegebene Toleranz abweicht. Der Prozessor vergleicht die ersten Messwerte, die zu den ermittelten Datensätzen gehören, mit dem gemessenen zweiten Messwert. Falls dieser Vergleich ein vorgegebenes Auslöse-Kriterium erfüllt, so löst der Prozessor den Schritt aus, dass ein Signal ausgegeben wird.
Nach einem Aspekt ist ein Verfahren zum Auswerten eines Betriebszustandes eines Wasserfahrzeugs offenbart. Das Verfahren umfasst folgende Schritte: Bereitstellen von historischen Messwerten in einem Datenspeicher, der mit einer Datenverarbeitungseinrichtung gekoppelt ist, wobei zumindest für einen Teil der historischen Messwerte jeweils ein historischer Messwert einem Betriebszustand zugeordnet ist; Erfassen, mittels einer Messeinrichtung, eines aktuellen Messwerts; Übertragen des aktuellen Messwerts von der Messeinrichtung an den Datenspeicher; Bestimmen, mittels eines Prozessors der Datenverarbeitungseinrichtung, von genutzten Betriebszuständen anhand der historischen Messwerte, die einem Betriebszustand zugeordnet sind; Zuordnen, mittels des Prozessors, des aktuellen Messwerts zu einem der genutzten Betriebszustände und Auswerten, mittels des Prozessors, des aktuellen Messwerts mit Bezug zu dem zugeordneten genutzten Betriebszustand. Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein System zum Auswerten eines Betriebszustandes eines Wasserfahrzeugs bereitgestellt. Das System weist eine Datenverarbeitungseinrichtung mit mindestens einem Prozessor, einen Datenspeicher und eine Messeinrichtung auf. Der Datenspeicher ist mit der Datenverarbeitungseinrichtung gekoppelt. In dem Datenspeicher sind historische Messwerte bereitgestellt, wobei zumindest für einen Teil der historischen Messwerte jeweils ein historischer Messwert einem Betriebszustand zugeordnet ist. Die Messeinrichtung ist eingerichtet, einen aktuellen Messwert zu erfassen und den aktuellen Messwert an den Datenspeicher zu übertragen. Der Prozessor ist eingerichtet, anhand der historischen Messwerte, die einem Betriebszustand zugeordnet sind, genutzte Betriebszustände zu bestimmen, den aktuellen Messwert einem der genutzten Betriebszustände zuzuordnen und den aktuellen Messwert mit Bezug zu dem zugeordneten genutzten Betriebszustand auszuwerten.
Unter„Betriebszustand" wird in dieser Anmeldung einer von mehreren verschiedenen und möglichen Betriebsweisen verstanden, also beispielsweise Betrieb an der Auslegungsgrenze, belastungsfreier Betrieb oder ein beliebiger Zustand dazwischen.
Unter „genutzten Betriebszustanden" wird in dieser Anmeldung eine Auswahl an Betriebszustanden verstanden, die beim Betrieb des Wasserfahrzeugs tatsächlich oder vorwiegend verwendet werden. Ein„Systemzustand" ist ein Zustand, den das Wasserfahrzeug oder ein Bestandteil von alleine ohne einen gezielten äußeren Eingriff annimmt. Ein Systemzustand wird beispielsweise durch Verschleiß oder Alterung oder Rissbildung verändert.
Der aktuelle Messwert kann einem aktuellen Betriebszustand zugeordnet sein.
Es kann vorgesehen sein, dass jeder historische Messwert einem Betriebszustand zugeordnet ist.
Der Begriff„Messwert" (historischer Messwert und / oder aktueller Messwert) kann sich sowohl auf ein Datum aus einer Automation als auch auf eine Datenreihe, zum Beispiel eines Schwingungssensors, beziehen. Der Begriff soll aber auch als eine Vielzahl von Messwerten verstanden werden, die beim Betrieb des Wasserfahrzeugs durch eine Vielzahl von Messwertaufnehmern, Datenverarbeitungsinformationen oder Automationsinformationen anfallen.
Das Verfahren ermöglicht ein Überwachen von Messwerten und Betriebszuständen. Es können unter anderem Aussagen zu anstehenden Wartungen getroffen werden. Des Weiteren ist eine Auswertung der Betriebszustände möglich.
Dem Verfahren liegt die Annahme zu Grunde, dass gleiche Betriebszustände bei unverändertem Wasserfahrzeug zu gleichen Messwerten führen. Wenn beispielsweise eine Komponente des Wasserfahrzeugs mit einer bestimmten Leistung betrieben wird, wird hierfür ein erster Messwert bestimmt. Solange die Komponente unverändert ist, sollte jedes Mal, wenn die Komponente mit der bestimmten Leistung betrieben wird, ein aktuell bestimmter Messwert mit in dem Datenspeicher gespeicherten historischen Werten für den ersten Messwert übereinstimmen. Wenn eine Abweichung zwischen dem aktuell bestimmten Messwert und den historischen Werten vorliegt, ist dies ein Hinweis, dass die Komponente verändert ist, beispielsweise aufgrund von Abnutzung.
Ähnlich verhält es sich bei dem Betrieb von mehreren Komponenten. Beim gleichzeitigen Betrieb einer ersten Komponente (z.B. eines ersten Motors) und einer zweiten Komponente (z.B. eines zweiten Motors) kann der Einfluss der zweiten Komponente auf die erste Komponente bestimmt werden, ohne Berechnungen durchzuführen. Wenn die erste Komponente mit einer ersten bestimmten Leistung betrieben wird und die zweite Komponente mit einer zweiten bestimmten Leistung betrieben wird, ist der Einfluss der zweiten Komponente auf die erste Komponente immer gleich, solange die erste Komponente und die zweite Komponente unverändert sind. Wenn also zu der ersten bestimmten Leistung und der zweiten bestimmten Leistung aktuelle Messwerte ermittelt werden, die von historischen Messwerten der ersten bestimmten Leistung und der zweiten bestimmten Leistung abweichen, ist dies ein Hinweis, dass die erste Komponenten und / oder die zweite Komponente einen anderen Systemzustand haben. Dank der Erfindung lässt sich in vielen Fällen ein Systemzustand ermitteln, ohne diesen Systemzustand notwendigerweise direkt messen zu müssen. Gemäß der oben genannten Annahme führen gleiche Betriebszustände bei gleichbleibenden Systemzuständen zu im Wesentlichen gleichen Messwerten. Daher unterscheidet sich der zweite Messwert nicht wesentlich (nicht außerhalb der vorgegebenen Toleranz) von einem abgespeicherten ersten Messwert, der bei einem solchen ersten Betriebszustand ermittelt wurde, der nicht wesentlich vom zweiten Betriebszustand abweicht. Falls der zweite Messwert also von einem ersten Messwert abweicht, obwohl der zweite Betriebszustand im Wesentlichen gleich dem zugeordneten ersten Betriebszustand ist, so ist dies ein Indiz für eine Änderung eines Systemzustands.
Das ausgelöste Signal umfasst bevorzugt eine Beschreibung des zweiten Messwerts, eine Beschreibung des zweiten Betriebszustandes und optional eine Beschreibung der abweichenden ersten Messwerte und / oder der im Wesentlichen gleichen ersten Betriebszustände.
In einer Ausgestaltung misst die Messeinrichtung zunächst den zweiten Messwert und den zugeordneten zweiten Betriebszustand. Anschließend wird eine Prüfung durchgeführt, bei welcher der zweite Messwert mit einem vorgegebenen Soll-Bereich verglichen wird. Mindestens dann, wenn der zweite Messwert außerhalb des Soll- Bereichs liegt, werden die weiteren Schritte der zweiten Phase durchgeführt, also die aktuellen Messergebnisse (zweiter Messwert, zweiter Betriebszustand) mit historischen Datensätzen verglichen. Dank dieser Ausgestaltung werden die weiteren Schritte der zweiten Phase nicht nach jeder Messung erneut durchgeführt, was oft zu viel Rechenkapazität oder zu viel Laufzeit erfordert. Vielmehr werden die weiteren Schritte der zweiten Phase, also der Vergleich der Messergebnisse mit historischen Daten, nur dann durchgeführt, wenn der zweite Messwert außerhalb des Soll-Bereichs liegt. Dass der zweite Messwert außerhalb des Soll-Bereichs liegt, kann an einem unerwünschten oder unzulässigen Systemzustand liegen oder auch an einem zulässigen, aber beispielsweise selten auftretenden oder extremen Betriebszustand. Dank der Ausgestaltung werden diese beiden Fälle automatisch voneinander unterschieden. Das Verfahren und das System können auch für andere Einrichtungen als Wasserfahrzeuge verwendet werden, beispielsweise für Landfahrzeuge, Luftfahrzeuge und Industrieanlagen. Jegliche Vorrichtung, die einen oder mehrere Betriebszustände hat, kann mit der Technologie überwacht werden.
Die Betriebszustände können beispielsweise aus einem Automationssystem gewonnen werden. Die Betriebszustände können verschiedene Fahrmodi, wie„halbe Kraft voraus" oder„volle Kraft voraus", oder eine Gefechtsstation sein. Jeder Betriebszustand kann mit einem Zeitstempel versehen sein, beispielsweise einem UTC-Zeitstempel (UTC - Coordinated Universal Time, koordinierte Weltzeit).
Jedem historischen Messwert und / oder dem aktuellen Messwert kann ein Zeitstempel zugeordnet sein, beispielsweise ein UTC-Zeitstempel. Die Messwerte (historische Messwerte und der aktuelle Messwert) können beispielsweise eine Frequenz oder das Frequenzspektrum einer Schwingung, eine Temperatur, eine Position (z.B. bestimmt mittels GPS), eine Wassertiefe, eine Wassertemperatur, eine Fahrtrichtung, eine Geschwindigkeit, ein Luftdruck, eine Lufttemperatur, eine Windgeschwindigkeit, eine An/Aus-Informationen zu einer Komponente (z.B. einer Pumpe); eine Auf/Zu-Information zu Klappen und Türen, Förderleistungen oder eine Ölqualität, z.B. Anzahl von Partikel im Öl, sein. Es können mehrere aktuelle Messwerte derselben Größe bestimmt werden. Es kann ebenfalls vorgesehen sein, mehrere aktuelle Messwerte von verschiedenen Größen zu erfassen. Die bestimmten genutzten Betriebszustände (regelmäßig genutzte Betriebszustände) bilden einen sogenannten Cluster (englisch; vgl. Häufungspunkt) von Messwerten. Es können Verfahren der Clusteranalyse, Hauptkomponentenanalyse, künstliche Intelligenz, ein selbstlernender Algorithmus, Verfahren zur Auswertung von Big Data und eine Kombination hiervon verwendet werden, um die genutzten Betriebszustände zu bestimmen. Die vorgenannten Verfahren können des Weiteren zur Auswertung der Messwerte und / oder der genutzten Betriebszustände verwendet werden. Es kann vorgesehen sein, dass das Auswerten einen Vergleich des aktuellen Messwerts mit historischen Messwerten des zugeordneten genutzten Betriebszustands umfasst. Das Auswerten kann einen Vergleich des aktuellen Messwerts mit einem vorgegebenen Schwellwert umfassen, wobei bei einer Abweichung des aktuellen Messwerts von dem Schwellwert ein Signal ausgegeben wird. Die Abweichung kann ein Überschreiten des Schwellwerts oder ein Unterschreiten des Schwellwerts sein. Es kann auch ein Vergleich mit mehreren Schwellwerten vorgesehen sein. Der Schwellwert / die Schwellwerte können von einem Algorithmus ermittelt werden. Das Signal kann ein optisches Signal, ein akustisches Signal, ein taktiles Signal, ein olfaktorisches Signal und eine Kombination hiervon sein.
Das Auswerten kann das Bestimmen einer verbleibenden Nutzungsdauer (auch RUL - remaining useful life genannt) umfassen. Die verbleibende Nutzungsdauer kann den genutzten Betriebszustand betreffen, der dem aktuellen Messwert zugeordnet ist. Alternativ oder ergänzend kann eine verbleibende Nutzungsdauer für einen anderen Betriebszustand bestimmt werden.
Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass das Auswerten ein Bestimmen einer Änderung der genutzten Betriebszustände umfasst, wobei die Änderung der genutzten Betriebszustände unter Berücksichtigung einer Häufigkeit einer Nutzung bestimmt wird. Wenn festgestellt wird, dass von mehreren im Automationssystem hinterlegten Betriebszuständen tatsächlich nur einige ausgewählte genutzt werden, können die hinterlegten Betriebszustände an die genutzten Betriebszustände angepasst werden.
Das Auswerten kann das Ermitteln einer zukünftigen Nutzung eines oder mehrerer Betriebszustände umfassen, derart, dass bei der zukünftigen Nutzung ein Schwellwert nicht überschritten oder unterschritten wird (oder mehrere Schwellwerte nicht überschritten oder unterschritten werden). Die zukünftige Nutzung kann beispielsweise bestimmte Missionsanforderungen umfassen und / oder eine geforderte Redundanz berücksichtigen. Das Auswerten kann eine Anomalieerkennung umfassen. Das Verfahren kann eine Prädiktion umfassen. Eine Anomalie ist eine Abweichung von einem zu erwartenden Verhalten. Die Erwartung ist die sogenannte Prädiktion der Methode, beispielsweise: Wert bleibt konstant wie immer. Tritt nun eine Anomalie auf (zum Beispiel eine Schwingungsenergie steigt), so kann diese bewertet werden, ggf. mittels Prüfen von Details (z.B. bei welcher Frequenz / welchen Frequenzen ist ein Anstieg). Dies kann ein Indikator für eine Abnutzung sein. Die Anomalieerkennung kann mittels Vergleich von Tabellenwerten erfolgen.
Es können Umschaltzustände zwischen zwei Betriebszuständen erfasst und ausgewertet werden.
Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass eine bestimmte genutzte Reihenfolge von genutzten Betriebszuständen erfasst und ausgewertet wird.
Beim Bestimmen der genutzten Betriebszustände kann der aktuelle Messwert ausgewertet werden. Es können Häufungspunkte der Messwerte bestimmt werden, um die genutzten Betriebszustände zu bestimmen. Ein Häufungspunkt einer Menge ist anschaulich ein Punkt, der überdurchschnittlich viele Punkte der Menge in seiner Nähe hat. Jeder Häufungspunkt kann einem genutzten Betriebszustand entsprechen. In einer Ausgestaltung wird jeder erste Datensatz ermittelt, dessen erster Betriebszustand von dem gemessenen zweiten Betriebszustand um nicht mehr als die Toleranz abweicht. In einer anderen Ausgestaltung wird ein erster Datensatz nur dann ermittelt, wenn die Abweichung der Betriebszustände innerhalb der Toleranz liegt und zusätzlich ein vorgegebenes Auswahl-Kriterium erfüllt ist. Diese Ausgestaltung verhindert, dass zu häufig ein Signal ausgegeben wird. Gemäß dieser Ausgestaltung wird nicht ein Signal ausgegeben, wenn der gemessene zweite Messwert nur von wenigen abgespeicherten ersten Messwerten abweicht. Ein abweichender erster Messwert kann beispielsweise dann auftreten, wenn der erste Messwert bei einem raschen Übergang von einem Betriebszustand in einen anderen Betriebszustand gemessen wurde und daher nur selten auftritt. In einer Ausgestaltung wird vorhergesagt, in welchem Werte-Bereich ein von der Messeinrichtung gemessener Messwert zu einem in der Zukunft liegenden Messzeitpunkt liegen wird. Für diese Vorhersage wird eine Zeitreihe verwendet, die aus abgespeicherten ersten Messwerten und dem gemessenen zweiten Messwert besteht. Diese Vorhersage lässt sich dafür verwenden, um eine Restnutzungsdauer vorherzusagen. In einer Ausführungsform dieser Ausgestaltung wird aufgrund der abgespeicherten ersten Betriebszustände geschätzt, wie oft in der Zukunft welcher Betriebszustand eingestellt werden wird, und diese Schätzung wird für die Vorhersage des Werte-Bereichs verwendet. Die offenbarten Ausgestaltungen des Verfahrens können für das System entsprechend vorgesehen sein und umgekehrt.
Nachfolgend ist das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Hierbei zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Systems;
Fig. 2 ein Ablaufdiagramm für eine Ausführungsform des Verfahrens;
Fig. 3 eine weitere Ausführungsform des Verfahrens. Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Systems zum Auswerten eines Betriebszustandes eines Wasserfahrzeugs. Das System weist eine Datenverarbeitungseinrichtung 1 auf, welche einen Prozessor 2 und einen Speicher 3 aufweist. Die Datenverarbeitungseinrichtung 1 kann als Personal Computer, Server, Laptop, Tablet oder Smartphone ausgebildet sein. Des Weiteren umfasst das System eine Messeinrichtung 4 mit einem Messsensor 5. Die Messeinrichtung 4 ist konfiguriert, mittels des Messsensors 5 einen Messwert für eine Messgröße zu erfassen. Die Datenverarbeitungseinrichtung 1 und die Messeinrichtung 4 sind mit einem Datenspeicher 6, zum Beispiel einer Datenbank, datentechnisch gekoppelt. Die Datenverarbeitungseinrichtung 1 kann auch mit der Messeinrichtung 4 datentechnisch gekoppelt sein. Ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens ist in Fig. 2 gezeigt. Es werden Messwerte in der Datenbank 6 bereitgestellt (Schritt 10).
Zumindest für einen Teil der historischen Messwerte ist jeweils ein historischer Messwert einem Betriebszustand zugeordnet. Es kann auch jeder historische Messwert) einem Betriebszustand zugeordnet sein. Die Zuordnung ist ebenfalls in der Datenbank gespeichert. Mittels der Messeinrichtung 4 wird ein aktueller Messwert erfasst (Schritt 20). Der aktuelle Messwert wird von der Messeinrichtung 4 an den Datenspeicher 6 übertragen (Schritt 30). Mittels des Prozessors 2 der Datenverarbeitungseinrichtung 1 werden die genutzten Betriebszustände bestimmt (Schritt 40). Hierbei können sowohl die historischen Messwerte, die einem Betriebszustand zugeordnet sind, als auch der aktuelle Messwert berücksichtigt werden. Der aktuelle Messwert wird einem der genutzten Betriebszustände zugeordnet (Schritt 50). Schließlich wird der aktuelle Messwert mit Bezug zu dem zugeordneten genutzten Betriebszustand ausgewertet (Schritt 60).
Eine weitere Ausführungsform ist in Fig. 3 dargestellt.
Eine Automationssystem 101 umfasst Daten betreffend verschiedene Informationen, zum Beispiel Betriebszustände, Betriebsdaten und / oder Schaltzustände. Das Automationssystem 101 kann dem Nutzer oder dem Personal zur Unterstützung des Betriebs des Wasserfahrzeugs dienen. Ein Betriebszustand kann hierbei zum Beispiel Folgendes sein: „Maschine Volllast". Die Betriebsdaten können verschiedene Parameter der Maschine des Wasserfahrzeugs, zum Beispiel eines oder mehrerer Verbrennungsmotoren, betreffen, beispielsweise eine Temperatur an einem Lager der Maschine. Schaltzustände der Maschine können zum Beispiel„An" und„Aus" sein. Die Informationen, insbesondere die Betriebszustände, werden mit einem Zeitstempel (z.B. ein UTC-Zeitstempel) versehen (Schritt 102) und in eine Datenbank 103 exportiert.
Daneben wird in einer Datenerhebung ein aktueller Messwert erfasst (Schritt 104). Der aktuelle Messwert kann mittels eines Analog-Digital-Wandlers in digitale Daten umgewandelt werden. Dem aktuellen Messwert wird ein Zeitstempel (z.B. ein UTC- Zeitstempel) zugeordnet (Schritt 105). Der aktuelle Messwert wird zusammen mit dem Zeitstempel in der Datenbank 103 gespeichert. Es können auch mehrere aktuelle Messwerte erfasst und übertragen werden. Diese erste Phase kann auch als Datenerfassung bezeichnet werden.
In einer als Datenverarbeitung bezeichneten Phase werden für die Datengesamtheit aus historischen Messwerten und dem oder den aktuellen Messwerten Häufungspunkte bestimmt (Schritt 106). Dieser Schritt wird auch als Clusterung bezeichnet. Jeder Häufungspunkt entspricht einem tatsächlich genutzten Betriebszustand (auch Cluster genannt). Die genutzten Betriebszustände können Fahrmodi oder eine Gefechtsstation oder -Situation 107 sein. Die Messwerte werden zum Beispiel einer Spektralanalyse unterzogen (Schritt 108), beispielsweise mittels einer Fast-Fourier-Transformation. Ist beispielsweise ein Aggregat des Wasserfahrzeugs, zum Beispiel ein Turboverdichter, aktiv, beispielsweise mit einer Drehzahl von 18.000 U / min (= 300U / s = 300 Hz), so kann diese Rotationsfrequenz im Frequenzspektrum erkennbar sein, welches für eine andere (zum Beispiel benachbart angeordnete) Maschine bestimmt wird, wobei dann ein Anteil mit einer Frequenz von 18.000 U / min mit einer Amplitude der Höhe x messbar ist. Ist der Turboverdichter nicht aktiv, hat seine Rotation also keinen Einfluss, würde der Anteil der ermittelten Amplitude bei der Frequenz 18.000 U / min wesentlich geringer oder gar nicht vorhanden sein.
Die genutzten Betriebszustände und die Ergebnisse der Analyse werden in der Datenbank 103 gespeichert.
Sodann wird der aktuelle Betriebszustand bestimmt. Es wird ermittelt, zu welchem genutzten Betriebszustand der aktuelle Messwert (oder die aktuellen Messwerte) gehört. Der aktuelle Messwert wird dem genutzten Betriebszustand (Cluster) zugeordnet (Schritt 109). Ein angelerntes Cluster aus historischen Daten kann die Basis dafür sein, einen aktuellen Zustand zuzuordnen. Hierbei kann ein Konfidenz-Level vorgesehen sein, wie gut ein Wert zu einem Cluster und abgrenzend hiervon nicht zu einem (oder allen anderen) Clustern passt. Hierbei kann zum Beispiel mit dem Silhouetten-Wert gearbeitet werden („Silhouette clustering").
Des Weiteren werden Kennwerte ermittelt (Schritt 1 10) und in der Datenbank gespeichert. Die Kennwerte sind beispielsweise: Beschleunigung a, Geschwindigkeit v, Position s effektiv, Peakhöhe, Peaklage, maximale Beschleunigung, RMS- Beschleunigung, Schwingungsenergie und Halbmesser einer Bewegungsellipse. Diese Phase wird als Zustandserkennung bezeichnet.
Messwerte sind gemessene Werte. Kennwerte werden aus einem oder mehreren Messwerten abgeleitet. Kennwerte sind zum Beispiel Energiewerte, die während einer Schwingungsmessung detektiert wurde. Ein anderer möglicher Kennwert ist die mittlere Amplitude über für einen Frequenzbereich, zum Beispiel von 100 bis 300 Hz, oder die Amplitude bei 1 .000 Hz. Es wird bestimmt, wie gut der aktuelle Betriebszustand mit dem zugeordneten genutzten Betriebszustand übereinstimmt (Schritt 1 1 1 ). In diesem Schritt können auch Ausnahmen behandelt werden, wie ein Umschalten von einem ersten Betriebszustand in einen zweiten Betriebszustand oder die Nutzung eines bisher nicht berücksichtigten Betriebszustandes. Der aktuelle Messwert wird mit Grenzwerten verglichen (Schritt 1 12), welche von einem Hersteller vorgegeben sein können. Diese Phase wird auch Gesundheitsbewertung genannt. Zum Beispiel ist der Silhouetten-Wert aus dem „Silhouette clustering" nutzbar.
Weiterhin wird bestimmt, wie eine übliche Veränderung (z.B. Abnutzung) pro genutztem Betriebszustand ist (Schritt 1 13). Wenn Schwingungsamplituden anwachsen, deutet dies auf weniger rund laufende (Maschinen-)Komponenten hin. Abnutzung kann als das Anwachsen von Amplituden verstanden werden. Je mehr die Amplitude anwächst, desto stärker ist die Abnutzung - das Lager kann stärker schlagen.
Die übliche Veränderung (z.B. Abnutzung) pro genutztem Betriebszustand wird mit der Häufigkeit einer Nutzung des Betriebszustands (z.B. einem Fahrprofil) kombiniert. Wenn zum Beispiel aus der Historie bestimmt wurde, dass 100 Stunden in einem Cluster "c" eine Erhöhung der Amplitude um 1 % (oder auch absolut) bedeuten, ist das eine Aussage. In Cluster "d" ist es zum Beispiel nur 1 Promille. So kann dann ermittelt werden, wann bei weiterer Abnutzung=Erhöhung der Amplitude ein Grenzwert erreicht ist. Falls festgestellt wird, dass Abweichungen zu einem vorgegebenen Grenzwert vorliegen, wird ein Signal ausgegeben (Schritt 1 14).
Es kann ebenfalls eine verbleibende Nutzungsdauer bestimmt werden. Zum Beispiel kann bestimmt werden, wie lange kann Cluster "c" genutzt werden kann, bis der Grenzwert erreicht wird. Diese Phase kann als Prognoseermittlung bezeichnet werden.
In einer als Beratungserzeugung bezeichneten Phase wird unter Berücksichtigung von Vorgaben 1 15 (z.B. Missionsanforderungen und / oder einer geforderten Redundanz) eine zukünftige Nutzung geplant (Schritt 1 16). Zum Beispiel kann bei einer Mission des Wasserfahrzeugs gefordert sein, 1 .000 sm (Seemeilen) zurückzulegen. Dies könnte durch 100 Stunden Betrieb in Cluster "c" passieren oder durch 150 Stunden in Cluster "d". Da - wie oben exemplarisch erwähnt -, bei Cluster "d" möglicherweise die Abnutzung geringer ist, wäre jetzt vielleicht Cluster "d" die bessere Wahl, falls nicht die Forderung, 50 Stunden schneller am Ziel zu sein, eine andere Entscheidung fordert. Die Mission kann alternativ auch fordern, in spätestens 120 Stunden zurück zu sein. Dann wären 60 Stunden Fahrt in Cluster "c" und 60 Stunden Fahrt in Cluster "d" die Empfehlung.
Hierbei wird berücksichtigt, dass keine Abweichungen von dem Grenzwert auftreten oder diese minimiert sollen. Die beispielhafte Minimierung kann noch andere Aggregate des Wasserfahrzeugs beeinflussen. Hier kann es vorgesehen sein, die Abnutzung zu minimieren (bzw. möglichst wenige Grenzwerte zu überschreiten). Ausgehend von der Analyse kann eine Überwachungshäufigkeit, beispielsweise eine Frequenz der Messwerterfassung, angepasst werden (Schritt 1 17). Die Häufigkeit kann erhöht oder verringert werden. Wenn zum Beispiel eine Veränderung eines Messwerts beginnt, stärker zu werden, zum Beispiel dadurch, dass Abweichungen aufeinanderfolgender Messwerte einen Schwellwert überschreiten, kann öfter geprüft werden.
Denkbar ist weiterhin, die auf diesem Wege gewonnenen Daten auch Fahrzeugübergreifend (vgl. Flotten-Optimierung) auszuwerten, abzugleichen und zu nutzen. Wenn zum Beispiel zwei Einheiten von Wasserfahrzeugen mit unterschiedlicher Vitalität, beispielsweise verschiedene erwartbare oder prognostizierte Rest- Nutzungsdauern, verfügbar sind, kann vorgesehen sein, dass zum Beispiel nur die eine Einheit noch in der Lage ist, die Mission (ohne Wartung zwischendurch) anzutreten. Eine andere Antwort könnte sein, dass beide Einheiten dazu in der Lage wären - und dann zum Beispiel auch die weniger fähige oder vitale genutzt werden kann, also zum Beispiel die Einheit, die früher einer (nächsten) Wartung unterzogen werden muss, um die vermeintlich bessere Einheit für einen schwereren Einsatz verfügbar zu halten.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen sowie der Zeichnung offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der verschiedenen Ausführungen von Bedeutung sein.
Bezugszeichen
1 Datenverarbeitungseinhchtung
2 Prozessor
3 Speicher
4 Messeinrichtung
5 Messsensor
6 Datenspeicher
10 Bereitstellen von historischen Messwerten
20 Erfassen eines aktuellen Messwerts
30 Übertragen des aktuellen Messwerts
40 Bestimmen der genutzten Betriebszustände
50 Zuordnen des aktuellen Messwerts zu einem genutzten Betriebszustand
60 Auswerten des aktuellen Messwerts
101 Automationssystem
102 Zuordnen eines Zeitstempels zu Informationen
103 Datenbank
104 Erfassen eines aktuellen Messwerts
105 Zuordnen eines Zeitstempels zu dem aktuellen Messwert
106 Bestimmen der genutzten Betriebszustände (Clusterung)
107 Betriebszustände
108 Spektralanalyse

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zum automatischen Überwachen eines Wasserfahrzeugs
unter Verwendung einer Anordnung, die
- eine Messeinrichtung (4) sowie
- eine Datenverarbeitungseinrichtung (1 ) mit einem Prozessor (2) und einem
Datenspeicher (6) umfasst,
wobei in einer ersten Phase des Verfahrens die Schritte durchgeführt werden, dass - die Messeinrichtung (4) am Wasserfahrzeug eine Vielzahl von ersten
Messwerten und für jeden ersten Messwert jeweils einen ersten Betriebszustand, bei dem dieser erste Messwert auftritt, misst und
- in dem Datenspeicher (6) eine Vielzahl von Datensätzen abgespeichert wird, wobei jeder Datensatz jeweils einen ersten Messwert und den zugeordneten ersten Betriebszustand umfasst, wobei in einer zeitlich nachfolgenden zweiten Phase des Verfahrens die Schritte durchgeführt werden, dass
- die Messeinrichtung (4) am Wasserfahrzeug einen zweiten Messwert und einen zweiten Betriebszustand, bei dem dieser zweite Messwert auftritt, misst,
- der Prozessor (2) in dem Datenspeicher (6) alle oder mindestens einige
derjenigen abgespeicherten Datensätze ermittelt, die jeweils einen ersten
Betriebszustand umfassen, der von dem gemessenen zweiten Betriebszustand um nicht mehr als eine vorgegebene Toleranz abweichen,
- der Prozessor (2) die abgespeicherten ersten Messwerte der ermittelten
Datensätze mit dem gemessenen zweiten Messwert vergleicht und
- der Prozessor (2) dann, wenn dieser Vergleich ein vorgegebenes Auslöse- Kriterium erfüllt, die Ausgabe eines Signals auslöst.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass jeder erste sowie der zweite Betriebszustand jeweils ein Wert einer Größe ist, die mit einer geforderten elektrischen oder mechanischen oder hydraulischen Leistung korreliert, die einem Bestandteil des Wasserfahrzeugs vorgegeben wird, und jeder erste und der zweite Messwert ein gemessener Wert einer Größe ist, die mit einer der folgenden Größen korreliert:
- eine Leistung, welche dieser Bestandteil bei der jeweils geforderten Leistung tatsächlich abgibt,
- eine Frequenz oder ein Frequenzspektrum einer Schwingung einer Komponente dieses Bestandteils,
- eine Temperatur dieses Bestandteils,
- ein Anteil einer Substanz in einem Fluid, insbesondere einem Öl, welches der Bestandteil ausgibt.
3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Wasserfahrzeug einen beeinflussenden und einen beeinflussten Bestandteil umfasst,
wobei der beeinflussende Bestandteil wenigstens zeitweise eine physikalische Wirkung auf den beeinflussten Bestandteil ausübt,
wobei die Betriebszustände an dem beeinflussenden Bestandteil gemessen werden und
wobei die Messwerte von dem beeinflussten Bestandteil bewirkt werden.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
in der ersten Phase zusätzlich der jeweilige Zeitpunkt, an dem ein erster Messwert gemessen wurde,
als Zeitstempel des jeweiligen Datensatzes zusammen mit dem ersten Messwert und dem zugeordneten ersten Betriebszustand in dem Datenspeicher (6)
abgespeichert wird und
der Prozessor (2) bei der Ermittlung der Datensätze diejenigen Datensätze ermittelt, deren erste Betriebszustände - von dem gemessenen zweiten Betnebszustand um nicht mehr als die Toleranz abweichen und
- zusätzlich ein vorgegebenes Auswahl-Kriterium erfüllen, wobei ein Datensatz das Auswahl-Kriterium erfüllt, wenn sein erster Betriebszustand mindestens für eine vorgegebene Mindest-Zeitspanne aufgetreten ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Vergleich das vorgegebene Auslöse-Kriterium erfüllt, wenn
- der gemessene zweite Messwert von einer vorgegebenen Mindest-Anzahl von ermittelten ersten Messwerten um mehr als eine Toleranz abweicht oder
- der gemessene zweite Messwert von einem vorgegebenen Mindestanteil der ermittelten ersten Messwerte an der Gesamtheit der abgespeicherten ersten Messwerte um mehr als eine Toleranz abweicht oder
- der gemessene zweite Messwert von einem Durchschnitt der ermittelten ersten Messwerte um mehr als eine Toleranz abweicht.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Prozessor (2) in der zweiten Phase nach der Messung des zweiten Messwerts und des zweiten Betriebszustands
- den zweiten Messwert mit einem vorgegebenen Soll-Bereich vergleicht und
- mindestens dann, wenn der zweite Messwert außerhalb des Sollbereichs liegt, die weiteren Schritte der zweiten Phase durchführt.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
in der ersten Phase zusätzlich der jeweilige Zeitpunkt, an dem ein erster Messwert gemessen wird,
als Zeitstempel des jeweiligen Datensatzes zusammen mit dem ersten Messwert und dem zugeordneten ersten Betriebszustand in dem Datenspeicher (6) abgespeichert wird und in der zweiten Phase zusätzlich die Schritte durchgeführt werden, dass der Zeitpunkt, an dem der zweite Messwert gemessen wird, ermittelt wird, der Prozessor (2) mindestens dann, wenn der Vergleich zwischen dem gemessenen zweiten Messwert und den ermittelten ersten Messwerten ein vorgegebenes Auslöse-Kriterium erfüllt,
- unter Verwendung der Zeitstempel und ersten Messwerte, die zu den ermittelten Datensätzen gehören, sowie des zweiten Messwerts und des ermittelten
Zeitpunkts eine Zeitreihe von Messwerten erzeugt wird und
- unter Verwendung der erzeugten Zeitreihe einen Werte-Bereich vorhersagt, in dem der Messwert, den die Messeinrichtung (4) misst, an einem in der Zukunft liegenden Mess-Zeitpunkt liegen wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Prozessor (2)
- durch Auswertung der abgespeicherten ersten Betriebszustände ermittelt,
welchen zeitlichen Anteil die Zeiträume, in denen das Wasserfahrzeug in dem gemessenen zweiten Betriebszustand betrieben wird, insgesamt an der gesamten Nutzungsdauer des Wasserfahrzeugs haben, und
- den ermittelten zeitlichen Anteil für die Vorhersage des Werte-Bereichs
verwendet.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Prozessor (2)
unter Verwendung der erzeugten Zeitreihe und des vorhergesagten Werte-Bereichs eine verbleibende Restnutzungsdauer eines Messobjekts, welches die Messwerte der Zeitreihe und des vorhergesagten Werte-Bereichs bewirkt, vorhersagt.
10.Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die erste Phase vor einer Inbetriebnahme oder während eines Hafenaufenthalts des Wasserfahrzeugs durchgeführt wird und
die zweite Phase nach der Inbetriebnahme oder während eines Einsatzes des Wasserfahrzeugs durchgeführt wird.
1 1 . Verfahren zum Auswerten eines Betriebszustandes eines Wasserfahrzeugs, mit folgenden Schritten:
- Bereitstellen von historischen Messwerten in einem Datenspeicher (6), die mit einer Datenverarbeitungseinrichtung (1 ) gekoppelt ist, wobei zumindest für einen Teil der historischen Messwerte jeweils ein historischer Messwert einem
Betriebszustand zugeordnet ist;
- Erfassen, mittels einer Messeinrichtung (4), eines aktuellen Messwerts;
- Übertragen des aktuellen Messwerts von der Messeinrichtung (4) an den Datenspeicher (6);
- Bestimmen, mittels eines Prozessors (2) der Datenverarbeitungseinrichtung, von genutzten Betriebszuständen anhand der historischen Messwerte, die jeweils einem Betriebszustand zugeordnet sind;
- Zuordnen, mittels des Prozessors (2), des aktuellen Messwerts zu einem der genutzten Betriebszustände und
- Auswerten, mittels des Prozessors (2), des aktuellen Messwerts mit Bezug zu dem zugeordneten genutzten Betriebszustand.
12. Verfahren nach Anspruch 1 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Auswerten einen Vergleich des aktuellen Messwerts mit historischen
Messwerten des zugeordneten genutzten Betriebszustands umfasst.
13. Verfahren nach Anspruch 1 1 oder Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Auswerten einen Vergleich des aktuellen Messwerts mit einem vorgegebenen Schwellwert umfasst, wobei bei einer Abweichung des aktuellen Messwerts von dem Schwellwert ein Signal ausgegeben wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Auswerten das Bestimmen einer verbleibenden Nutzungsdauer umfasst.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 1 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Auswerten ein Bestimmen einer Änderung der genutzten Betriebszustände umfasst, wobei die Änderung der genutzten Betriebszustände unter Berücksichtigung einer Häufigkeit einer Nutzung bestimmt wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 1 bis 15,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Auswerten das Ermitteln einer zukünftigen Nutzung eines oder mehrerer Betriebszustände umfasst, derart, dass bei der zukünftigen Nutzung ein Schwellwert nicht überschritten oder unterschritten wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 1 bis 16,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Auswerten eine Anomalieerkennung umfasst.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 1 bis 17,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Auswerten eine Prädiktion umfasst.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 1 bis 18,
dadurch gekennzeichnet, dass
beim Bestimmen der genutzten Betriebszustände der aktuelle Messwert ausgewertet wird.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 1 bis 19,
dadurch gekennzeichnet, dass Häufungspunkte der Messwerte bestimmt werden, um die genutzten Betriebszustände zu bestimmen.
21 . System zum automatischen Überwachen eines Wasserfahrzeugs,
wobei das System
- eine Messeinrichtung (4) sowie
- eine Datenverarbeitungseinrichtung (1 ) mit einem Prozessor (2) und einem
Datenspeicher (6) umfasst,
wobei die Messeinrichtung (4) dazu ausgestaltet ist, am Wasserfahrzeug einen Messwert sowie einen Betriebszustand, bei dem dieser Messwert auftritt, zu messen,
wobei in dem Datenspeicher (6) eine Vielzahl von Datensätzen abgespeichert ist, wobei jeder Datensatz jeweils einen ersten Messwert und den zugeordneten ersten Betriebszustand umfasst,
wobei der Prozessor (2) dazu ausgestaltet ist, nach einer Messung eines zweiten Messwerts sowie eines zweiten Betriebszustands, bei dem dieser zweite Messwert auftritt,
- in dem Datenspeicher (6) alle oder mindestens einige derjenigen
abgespeicherten Datensätze zu ermitteln, die jeweils einen ersten
Betriebszustand umfassen, der von dem gemessenen zweiten Betriebszustand um nicht mehr als eine vorgegebene Toleranz abweichen,
- die abgespeicherten ersten Messwerte der ermittelten Datensätze mit dem
gemessenen zweiten Messwert zu vergleichen und
- dann, wenn dieser Vergleich ein vorgegebenes Auslöse-Kriterium erfüllt, die
Ausgabe eines Signals auszulösen.
22. System zum Auswerten eines Betriebszustandes eines Wasserfahrzeugs, aufweisend:
- eine Datenverarbeitungseinrichtung (1 ) mit mindestens einem Prozessor (2), - einen Datenspeicher (6), die mit der Datenverarbeitungseinrichtung (1 ) gekoppelt ist, wobei in dem Datenspeicher (6) historische Messwerte bereitgestellt sind, wobei zumindest für einen Teil der historischen Messwerte jeweils ein historischer Messwert einem Betriebszustand zugeordnet ist, und
- eine Messeinrichtung (4), die eingerichtet ist, einen aktuellen Messwert zu erfassen und den aktuellen Messwert an den Datenspeicher (6) zu übertragen, wobei der Prozessor (2) eingerichtet ist,
- anhand der historischen Messwerte, die einem Betriebszustand zugeordnet sind, genutzte Betriebszustände zu bestimmen,
- den aktuellen Messwert einem der genutzten Betriebszustände zu zuordnen und
- den aktuellen Messwert mit Bezug zu dem zugeordneten genutzten Betriebszustand auszuwerten.
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