By Assoc Prof PhD Le Van Diem – Faculty of Marine Engineering VIETNAM MARITIME UNIVERSITY MỤC LỤC Chương - Lý thuyết chẩn đoán kỹ thuật 1.1 Giới thiệu chung điều khiển trình chẩn đoán kỹ thuật 1.2 Một số khái niệm 1.3 Điều khiển trình tích hợp chẩn đoán kỹ thuật 1.4 Các dạng hư hỏng tiêu biểu 1.5 Một số thuộc tính hệ thống chẩn đoán kỹ thuật 1.6 Thông tin biến đổi thông tin hệ thống chẩn đoán kỹ thuật 1.7 Dấu hiệu chẩn đoán lựa chọn dấu hiệu chẩn đoán 11 Chương - Một số dạng mô hình hệ thống chẩn đoán kỹ thuật 13 2.1 Phân loại mô hình hệ thống CĐKT 13 2.2 Mô hình tri thức định lượng 15 2.3 Mô hình tri thức định tính 19 2.4 Hệ thống tri thức kinh nghiệm 23 Chương - Một số mô hình nhận dạng sử dụng chẩn đoán kỹ thuật 24 3.1 Xấp xỉ hàm toán hồi quy 24 3.2 Nhận dạng mẫu toán phân cụm 25 3.3 Nhận dạng mẫu toán phân loại 34 Chương - Mạng nơron nhân tạo số ứng dụng chẩn đoán kỹ thuật 40 4.1 Giới thiệu chung 40 4.2 Cơ sở lý thuyết ANN 43 4.3 Một số dạng mạng ANN 50 4.4 Một số nghiên cứu ứng dụng ANN 55 4.5 Một số ví dụ ứng dụng ANN 56 Chương - Giám sát trình chẩn đoán kỹ thuật tàu thủy 66 5.1 Giám sát trình tàu thủy - Hệ thống tự động giám sát điều khiển hệ động lực 66 5.2 Tích hợp chẩn đoán kỹ thuật hệ thống ICMS 69 5.3 Hệ thống CoCoS MAN B&W 70 Tài liệu tham khảo 74 By Assoc Prof PhD Le Van Diem – Faculty of Marine Engineering VIETNAM MARITIME UNIVERSITY Chương - Lý thuyết chẩn đoán kỹ thuật 1.1 Giới thiệu chung điều khiển trình chẩn đoán kỹ thuật Điều khiển trình (process control) nhiệm vụ quan trọng khai thác vận hành trình sản xuất Trong vài thập kỷ gần đây, với phát triển mạnh mẽ khoa học công nghệ, điều khiển trình đạt tiến quan trọng, đặt biệt ứng dụng máy tính điều khiển hệ thống phức tạp Nếu trước đây, thao tác điều khiển mức độ thấp đóng, mở hay điều chỉnh van thường thực trực tiếp người khai thác, thực tự động cách định kỳ liên tục với trợ giúp hệ thống máy tính điều khiển Việc áp dụng hệ thống tự động điều khiển máy tính ngày phổ biến rộng rãi hầu hết ngành công nghiệp hóa chất, dầu khí, xi măng, thép, sản xuất điện Với tiến công nghệ đo lường điều khiển, lợi ích mà hệ thống tự động điều khiển máy tính mang lại vô to lớn, giảm nhẹ sức lao động, tăng suất, mà đảm bảo độ xác cao, tăng tính an toàn, tăng tuổi thọ cho trình sản xuất Tuy nhiên, nhiệm vụ quan trọng khác mà phải thực thủ công phụ thuộc nhiều vào người – người khai thác Đó nhiệm vụ đối phó với cố bất thường xảy hệ thống Nhiệm vụ liên quan đến việc định kỳ kiểm tra để phát tượng bất thường, chẩn đoán nguyên nhân thực hành động phù hợp để đưa hệ thống trở lại trạng thái hoạt động bình thường an toàn Toàn quy trình gọi kiểm soát cố (Abnormal Event Management) thành phần then chốt điều khiển giám sát (supervisory control) Việc phụ thuộc vào người khai thác việc phát hiện tượng bất thường xử lý cố xảy ngày trở lên khó khăn đa dạng cố mức độ phức tạp hệ thống sản xuất đại Thực tế ngày hệ thống sản xuất có hàng trăm, chí hàng nghìn thông số cần phải liên tục đo đạc theo dõi Khi dẫn đến tải thông tin Sự tải thông tin, với thông tin không đầy đủ, sai số thiết bị đo, dẫn tới lỗi nhận định sai người Những hành động điều chỉnh xuất phát từ nhận định sai làm cho tình trở lên xấu cố xảy Các nghiên cứu thống kê thể giới có tới 70% tai nạn ngành công nghiệp có liên quan đến lỗi người Thiệt hại cố gây tổn thất lớn Cũng theo thống kê, riêng tổn thất yếu kiểm soát cố ngành hóa chất-dầu khí gây thiệt hại khoảng 20 tỷ đô la Mỹ hàng năm Như vậy, thách thức lớn đặt cho chuyên gia thiết kế hệ thống việc xây dựng hệ thống kiểm soát cố Nếu trước việc áp dụng hệ thống tự động điều khiển ứng dụng máy tính mang lại lợi ích to lớn việc tăng suất, hiệu suất lao động, tăng tính an toàn, thách thức lớn giai đoạn việc phát triển hệ thống tự động kiểm soát cố sử dụng điều khiển thông minh Hệ thống tự động kiểm soát cố công cụ hỗ trợ hữu ích cho người khai thác việc định Đây coi giai đoạn nghiên cứu ứng dụng công nghệ điều khiển trình Tự động hóa chẩn đoán kỹ thuật dò tìm hư hỏng nhiệm vụ nhằm kiểm soát cố Chẩn đoán kỹ thuật dò tìm hư hỏng (Technical diagnosis and fault detection) khai thác vận hành trình sản xuất thu hút nhiều quan tâm thời gian gần đây, nhằm phát kịp thời tượng bất thường hay hư hỏng hệ thống máy móc By Assoc Prof PhD Le Van Diem – Faculty of Marine Engineering VIETNAM MARITIME UNIVERSITY sản xuất Nhiệm vụ liên quan đến việc định kỳ dò tìm, phát hiện, chẩn đoán phục hồi trạng thái bất bình thường trình sản xuất Việc dò tìm kịp thời chẩn đoán trạng thái lỗi hệ thống hoạt động vùng kiểm soát tránh phát triển theo hướng xấu, qua tránh tổn thất hư hỏng dẫn đến phải dừng hệ thống Như vậy, chẩn đoán kỹ thuật phương pháp dùng thiết bị máy móc để kiểm tra trạng thái kỹ thuật, mà không cần phải dừng hệ thống để tháo rời cụm máy móc, chi tiết Chẩn đoán kỹ thuật dựa hệ thống quy luật, tiêu chuẩn đặc trưng cho trạng thái kỹ thuật cụm máy móc thiết bị để phán đoán tình trạng kỹ thuật chúng tốt hay xấu Công cụ chẩn đoán tập hợp trang bị kỹ thuật, phương pháp trình tự để tiến hành đo đạc, phân tích đánh giá tình trạng kỹ thuật Các công cụ chẩn đoán bao gồm: Các cảm nhận người khai thác, phân tích đánh giá chuyên gia, vi xử lý, phần mềm tính toán Chẩn đoán kỹ thuật có mối quan hệ chặt chẽ với công việc bảo dưỡng, sửa chữa Kết luận tình trạng máy móc thiết bị thu từ hệ thống chẩn đoán kỹ thuật giúp lập kế hoạch bảo dưỡng, sửa chữa chúng cách hiệu hơn, tiết kiệm chi phí khai thác Sự phát triển mạnh mẽ khoa học công nghệ vài thập kỷ gần dẫn tới số lượng máy móc thiết bị tăng lên đáng kể Công suất hệ thống máy móc tăng lên mạnh mẽ Máy móc phức tạp hơn, phạm vi ứng dụng rộng rãi nhiều Các sản phẩm máy móc ứng dụng nhiều quốc gia, tính toàn cầu hoá ngày cao, dẫn tới thay đổi quan niệm cách thức tổ chức, tiến hành bảo dưỡng sửa chữa Sự thay đổi thể quan điểm bảo dưỡng sửa chữa, đòi hỏi máy móc thiết bị làm việc an toàn với người môi trường Những yêu cầu chất lượng sản phẩm bảo dưỡng sửa chữa, tổ chức sửa chữa giá thành sửa chữa ngày cao Mặt khác tiêu chuẩn bảo dưỡng sửa chữa ngày khắt khe phương tiện cách tiếp cận bảo dưỡng sửa chữa thay đổi đáng kể thời gian gần Phương pháp sửa chữa dựa vào độ tin cậy ứng dụng ngày rộng rãi Phương pháp sử dụng tốt nâng cao hiệu phục vụ, an toàn cho người môi trường giảm chi phí sửa chữa Lịch sử phát triển hệ thống kỹ thuật công nghệ, yêu cầu hệ thống chẩn đoán kỹ thuật sửa chữa bảo dưỡng chia thành ba hệ: a Thế hệ thứ nhất: Thời gian hệ kéo dài Chiến tranh giới lần thứ hai Trong giai đoạn mức độ phức tạp mối liên hệ hệ thống máy móc thiết bị mức độ thấp Thời gian dừng máy chưa gây tổn thất lớn Điều có nghĩa việc ngăn ngừa hư hỏng máy móc thiết bị không chiếm vị trí ưu tiên hàng đầu quản lí Mặt khác, giai đoạn máy móc thiết bị phức tạp thiết kế mang tính thừa bền cao Các yếu tố dẫn tới trình bảo dưỡng sửa chữa đơn giản dễ dàng, không đòi hỏi qui trình phức tạp việc bảo dưỡng dừng lại qui trình làm sạch, thay chi tiết hư hỏng bôi trơn máy móc thiết bị Với đặc điểm vậy, yêu cầu hệ thống chẩn đoán kỹ thuật đơn giản chủ yếu dựa vào theo dõi quan sát nhận định người khai thác b Thế hệ thứ hai: Từ Chiến tranh giới lần thứ hai đến năm 1970, chứng kiến phát triển mạnh mẽ giới hóa sản xuất Nhiều dây chuyền sản xuất giới hóa đời với lực sản By Assoc Prof PhD Le Van Diem – Faculty of Marine Engineering VIETNAM MARITIME UNIVERSITY xuất tăng cao Áp lực giai đoạn giới hoá cao đòi hỏi máy móc thay sức người, sức lao động người ngày trở nên đắt đỏ Vào năm 1950, máy móc tăng nhanh chóng số lượng, chủng loại mức độ phức tạp Các ngành công nghiệp bắt đầu phụ thuộc nhiều vào máy móc Sự phụ thuộc vào máy móc tăng, thời gian dừng máy móc ý Điều dẫn đến đòi hỏi phòng ngừa để tránh xảy hư hỏng máy móc thiết bị Từ đời hệ bảo dưỡng sửa chữa phòng ngừa hay hệ thống sửa chữa theo kế hoạch Khi máy móc thiết bị sửa chữa theo định kỳ Việc thực tế mang lại hiệu kiểm soát hư hỏng hao mòn Tuy nhiên, giá thành sửa chữa thực tế tăng lên đáng kể dẫn đến tăng chi phí khai thác thiết bị Đồng thời gây lãng phí nguyên vật liệu thay chi tiết, phụ tùng tốt c Thế hệ thứ ba: Từ năm 1970, phát triển công nghệ chế tạo máy ngành công nghiệp khác tạo động lực lớn cho thay đổi thiết kế, chế tạo, khai thác, bảo dưỡng sửa chữa hệ thống máy móc thiết bị Đặc điểm chung hệ thống máy móc thiết bị thuộc hệ tích hợp công nghệ tự động hóa điều khiển, giám sát trình, tự động dò tìm hư hỏng, tự động bảo vệ, cô lập hệ thống có cố vào hệ thống sản xuất Sự phát triển mạnh mẽ công nghệ thông tin cho phép thực nhiệm vụ cách dễ dành với việc ứng dụng hệ thống máy tính tự động hóa điều khiển, giám sát, bảo vệ (computer-based control and monitoring systems), hay hệ thống tự động điều khiển ứng dụng công nghệ khả lập trình (Programmable Logic Controller – PLC) 1.2 Một số khái niệm Với việc ứng dụng hệ thống điều khiển thông minh điều khiển trình, số khái niệm hệ thống kỹ thuật sau thường sử dụng Process engineering khoa học trình kỹ thuật, bao gồm vấn đề thiết kế hệ thống kỹ thuật (các hệ thống máy móc, dây chuyền công nghệ), khai thác, điều khiển tối ưu hóa chúng Các hệ thống ứng dụng rộng rãi nhiều ngành công nghiệp (hóa chất, dầu khí, chế biến thực phẩm, khoáng sản, …) với áp dụng nhiều công nghệ đại, có ứng dụng máy tính điều khiển, giám sát Hệ động lực tàu biển đại ví dụ dây chuyền sản xuất đại Process engineering thường bao gồm bốn thành phần: Process design công việc thiết kế hệ thống, lựa chọn máy móc thiết bị để tạo thành tổ hợp hay dây chuyền sản xuất; Process control and monitoring nhiệm vụ đo đạc, giám sát, điều khiển hệ thống máy móc thiết bị nhằm đảm bảo chất lượng công tác, giảm chi phí tăng tính an toàn; Process operation trình khai thác, vận hành, bảo dưỡng, sửa chữa hệ thống nhằm đảm bảo hoạt động tốt hệ thống suốt thời gian tuổi thọ định trước; Supporting tools công cụ mô phỏng, hệ thống trí tuệ nhân tạo/hệ chuyên gia, công cụ tối ưu hóa hệ thống Các công cụ giúp người giao tiếp với hệ thống, hiểu biết chúng, từ có tác động trở lại nhằm cải tiến chúng By Assoc Prof PhD Le Van Diem – Faculty of Marine Engineering VIETNAM MARITIME UNIVERSITY Process control and monitoring (PCM) đặc trưng hệ thống sản xuất đại PCM thu thập thông tin trình diễn hệ thống Thông tin thu được xử lý, kết xử lý giúp cho việc điều khiển hệ thống, trì trạng thái hoạt động ổn định chúng, xác định trạng thái kỹ thuật dò tìm hư hỏng có Thực tế, PCM bao gồm không bao gồm chức chẩn đoán kỹ thuật, dò tìm hư hỏng Hệ thống sản xuất hệ thống máy móc thiết bị phục vụ mục đích sản xuất Hệ thống sản xuất dây chuyền sản xuất áp dụng phổ biến công nghiệp hóa chất, dầu khí, xi măng Đối với hệ thống lượng, hệ thống sản xuất trạm phát điện diesel, nhà máy nhiệt điện hay thủy điện Đối với tàu thủy, hệ thống sản xuất hệ động lực phục vụ hoạt động tàu Hệ thống sản xuất tổ hợp gồm nhiều máy móc thiết bị tích hợp hệ thống đồng thiết bị riêng biệt động diesel Tùy theo mục đích nghiên cứu mà ranh giới hệ thống lựa chọn phù hợp Hệ thống CĐKT hệ thống chứa tri thức hệ thống sản xuất thuật toán phù hợp nhằm mục đích xác định trạng thái kỹ thuật dò tìm hư hỏng xảy hệ thống sản xuất 1.3 Điều khiển trình tích hợp chẩn đoán kỹ thuật Điều khiển trình tích hợp hệ thống tự động điều khiển trình có tích hợp mô đun chẩn đoán kỹ thuật (Hình 1) Hệ thống sản xuất Hình tự động hóa điều khiển nhờ tham gia cảm biến, điều khiển phần tử thực Các thành phần tạo nên mô hình điều khiển trình truyền thống Việc tích hợp thêm hệ thống chẩn đoán kỹ thuật giúp tự động hóa việc kiểm soát tượng bất thường, qua tự động kiểm soát cố Hình 1: Hệ thống điều khiển trình tích hợp mô đun chẩn đoán Liên quan đến tự động chẩn đoán kỹ thuật dò tìm hư hỏng, trước hết làm quen với số khái niệm By Assoc Prof PhD Le Van Diem – Faculty of Marine Engineering VIETNAM MARITIME UNIVERSITY Khiếm khuyết (fault) xuất hiện tượng lệch khỏi vùng giới hạn thông số quan sát hay tính toán liên quan đến trình Đây triệu chứng bất thường hệ thống, ví dụ nhiệt độ nước làm mát khỏi động diesel cao (thông số quan sát được), hay chất lượng sản phẩm đầu dây chuyền sản xuất thấp (thông số không đo trực tiếp tính toán thông qua thông số quan sát khác) Nguyên nhân (root cause) nguyên nhân dẫn đến hư hỏng (ví dụ: hư hỏng bơm nước làm mát hay tự động điều chỉnh nguyên nhân dẫn đến nhiệt độ cao) Như vậy, nguyên nhân hư hỏng (failure/malfunction) mà hệ thống CĐKT có nhiệm vụ xác định 1.4 Các dạng hư hỏng tiêu biểu Nhiệm vụ CĐKT xem toán phân loại Khi hệ thống CĐKT coi BỘ PHÂN LOẠI (diagnostic classifier) Một cách tổng quát, hư hỏng hệ thống sản xuất Hình phân thành ba lớp mô tả Hư hỏng thay đổi thông số hệ thống Trong mô hình hóa hệ thống, trình diễn chọn mô tả mô hình mức độ chi tiết định Khi đó, tồn trình diễn mức độ chi tiết mô hình hóa chúng không mô tả mô hình Sự thay đổi trình khai thác dẫn đến thay đổi thông số hệ thống Khi đó, hư hỏng làm thay đổi thông số hệ thống xảy xuất thay đổi điều kiện làm việc tác động từ bên trước Ví dụ, suy giảm chất lượng trình cháy động mài mòn xuống cấp chi tiết Ở đây, chất lượng trình cháy biến mà đặc tính động chúng không tính đến xây dựng mô hình hệ thống Một ví dụ khác giảm hệ số truyền nhiệt thiết bị trao đổi nhiệt cáu cặn bám bề mặt Trong trường hợp này, người ta xây dựng mô hình có tính đến ảnh hưởng cáu cặn mức độ khác Do đó, hệ số truyền nhiệt coi biến mà đặc tính động (sự phụ thuộc vào mức độ cáu cặn) trước Hư hỏng thay đổi cấu trúc Hư hỏng thành phần hệ thống dẫn đến thay đổi cấu trúc, dòng thông tin (tín hiệu) truyền đối tượng, biến hệ thống Các hư hỏng dạng kể đến hư hỏng điều khiển, kẹt tắc van, rò lọt vỡ đường ống, đứt đường dẫn tín hiệu, muội bẩn tắc ống phun, v.v Khi đó, để phản ứng trước thay đổi này, hệ thống CĐKT phải thực việc loại bỏ bớt hàm quan hệ bị hay xây dựng lại hàm quan hệ khác phù hợp với cấu trúc hệ thống bị thay đổi Hư hỏng cảm biến, cấu thực (sensors, actuators malfunctioning) Hư hỏng cảm biến, cấu thực hệ thống có phản hồi (feedback) dẫn dẫn đến sai lệch lớn phản ứng đầu hệ thống Khi đó, hệ thống tự động chuyển trạng thái an toàn đặt trước Hệ thống CĐKT có nhiệm vụ xác định nhanh thiết bị hư hỏng By Assoc Prof PhD Le Van Diem – Faculty of Marine Engineering VIETNAM MARITIME UNIVERSITY 1.5 Một số thuộc tính hệ thống chẩn đoán kỹ thuật Mức độ hoàn thiện phân giải Trong trình hoạt động, hệ thống tự động giám sát, chẩn đoán trạng thái đối tượng hoạt động liên tục Một hệ thống chẩn đoán tốt phải phát bất thường xảy Để xác định bất thường, hệ thống phải tìm kiếm phù hợp thông tin đo từ đối tượng với tập hư hỏng hay trạng thái bất thường giả định sở liệu có sẵn Một hệ thống gọi có độ hoàn thiện bất thường xảy hệ thống phải phát tập trạng thái hư hỏng giả định Ngược lại, mức độ chi tiết trạng thái hư hỏng giả định đánh giá phân giải Để đảm bảo khả trích xuất thông tin có ích phân giải phải mức độ vừa phải hay tập trạng thái hư hỏng giả định phải nhỏ tốt Có thể sử dụng khái niệm độ sâu tìm kiếm để giải thích phân giải Sự phân giải cao tương ứng với khả tìm kiếm hư hỏng đến tận chi tiết đối tượng Trong nhiều trường hợp, điều việc tìm kiếm hư hỏng đến cụm chi tiết đủ Hình mô tả tập hợp trạng thái đối tượng Trong đó, hình chữ nhật biểu thị cho tập hợp tất trạng thái đối tượng (cả trạng thái có hư hỏng hư hỏng), tập hợp trạng thái hư hỏng trạng thái nằm hình elip Các hư hỏng giả định tập trạng thái H1 đến H4 Dễ thấy rằng, mức độ hoàn thiện khả tìm trạng thái bất thường nằm tập hợp trạng thái có hư hỏng (hình elip) Còn phân giải đại diện cho số lượng tập hợp hư hỏng giả định (các tập hình elip) H2 H1 H3 H4 Hình Tập hợp trạng thái đối tượng chẩn đoán Dễ nhận thấy không gian trạng thái (state space) vô hạn, bao gồm trạng thái bình thường trạng thái hư hỏng Hệ thống chẩn đoán kỹ thuật cần định nghĩa số lượng định trạng thái bình thường trạng thái hư hỏng gán trạng thái bất bình thường xác định vào trạng thái hư hỏng giả định Tính dò tìm chẩn đoán nhanh (quick detection and diagnosis) HT CĐKT cần kịp thời phát bất thường xác định nhanh hư hỏng Tuy nhiên, cần phải cân tính tác động nhanh sai số (chẩn đoán sai/tính ổn định) Một hệ thống tác động nhanh nhạy cảm với tác động nhiễu gây chẩn đoán sai Tính cô lập (isolability) Tính cô lập khả phân biệt hư hỏng khác Hư hỏng xác định phải đơn trị “trực giao” với hư hỏng không xảy Như Hình -, mộ hệ thống có tính cô lập By Assoc Prof PhD Le Van Diem – Faculty of Marine Engineering VIETNAM MARITIME UNIVERSITY cao đòi hỏi phải định nghĩa rõ ràng ranh giới trạng thái bình thường trạng thái hư hỏng (đường giới hạn hình elip) trạng thái hư hỏng khác (ranh giới vùng H1 đến H4) Cũng cần cân tính cô lập tính không xác định/ngẫu nhiên (uncertainties) Hệ thống có tính cô lập cao không xác định hư hỏng mang yếu tố ngẫu nhiên Tính ổn định với nhiễu (robustness) HT CĐKT phải ổn định với nhiễu (noise and uncertainties) Để kiểm tra tính ổn định, đặt hệ thống gần trạng thái giới hạn, xuất nhiễu, hệ thống phải trì trạng thái ổn định Cần phải cân tính ổn định độ nhạy, hay khả làm việc Nếu đặt tính ổn định cao hệ thống nhạy có tác động thay đổi khả phát tình bất thường hư hỏng Khả nhận dạng thông tin (Novelty detection) HT CĐKT phải có khả nhận dạng trạng thái bình thường bất thường Nếu phát trạng thái bất thường nguyên nhân hư hỏng biết hay chưa biết Nếu trạng thái bất thường không nằm số trạng thái hư hỏng giả định hiểu thông tin Thường mô hình hóa trình trạng thái bình thường, qua biết dễ dàng nhận dạng chúng Ngược lại, trạng thái hư hỏng thường khó lường xây dựng mô hình mô tả chúng cách đầy đủ Đồng thời, đủ kinh nghiệm tích lũy đối tượng tập hư hỏng giả định không đầy đủ Khi hệ thống phải có khả nhận dạng trạng thái bình thường, không thuộc trạng thái hư hỏng giả định, xem “hư hỏng mới” Khả dự đoán sai số phân loại (Classification error estimate) Đây khả dự đoán độ tin cậy trước sai số phân loại Hệ thống CĐKT cần cung cấp dự đoán tiên nghiệm mức độ sai số phân loại Khả có ích xác nhận mức độ tin cậy kết luận đưa hệ thống tạo mức độ tin tưởng cho người khai thác Có thể tính toán xác định mức độ không chắn phép chẩn đoán Tính thích nghi (Adaptability) Tính thích nghi khả thích nghi HT CĐKT trước thay đổi hệ thống mà làm nhiệm vụ chẩn đoán Các hệ thống thay đổi thay đổi tín hiệu vào bên thay đổi cấu trúc bên Các thay đổi tác động bên môi trường, ví dụ: thay đổi sản lượng, chế độ công tác, chất lượng nguyên liệu đầu vào Khi HT CĐKT phải có khả thích nghi khả mở rộng, cập nhật thêm chương trình phù hợp với đối tượng chẩn đoán với cấu trúc thay đổi Khả suy luận/diễn giải (Explanation facility) Ngoài khả nhận dạng (hư hỏng/thông tin mới), HT CĐKT cần có khả suy luận dựa quan hệ nhân định nghĩa (cause/effect) giải thích dạng xuất hư hỏng logic dẫn đến tình trạng Điều đặc biệt với hệ thống thiết kế với mô đun hỗ trợ định trực tuyến (online decision support) Khả hệ thống đưa kết luận phân tích dạng lại khả mà khả khác giúp ích cho người khai thác vận dụng kiến thức, kinh nghiệm để kiểm nghiệm định By Assoc Prof PhD Le Van Diem – Faculty of Marine Engineering VIETNAM MARITIME UNIVERSITY Khả mô hình hóa (Modelling) Hệ thống CĐKT phải mô hình hóa cách dễ dàng với khối lượng công việc không lớn để hoạt động với chế độ thời gian thực (real-time) với đối tượng Yêu cầu không cần thiết xây dựng hệ thống ban đầu mà cần có thay đổi cấu trúc hay điều kiện khai thác đối tượng Khả lưu trữ tính toán (Storage and computational requirements) Các hệ thống tác động theo chế độ thời gian thực thường đòi hỏi thuật toán thực phức tạp thường đòi hỏi lượng lưu trữ lớn Một HT CĐKT tốt cần cân yêu cầu khối lượng tính toán vừa phải dung lượng lưu trữ không lớn Tính nhận dạng đa lỗi (Multiple fault indentifiability) Khả nhận dạng đa lỗi yêu cầu cần thiết khó đạt tính tác động tương hỗ hư hỏng Việc tích hợp thuật toán chẩn đoán đa lỗi làm hệ thống phức tạp cần cân nhắc 1.6 Thông tin biến đổi thông tin hệ thống chẩn đoán kỹ thuật Nhiệm vụ cốt lõi hệ thống chẩn đoán kỹ thuật xử lý thông tin thu nhận Có thể mô tả hệ thống theo quan điểm thông tin Hình Trong đó, thông tin chia làm bốn lớp: lớp đo đạc, lớp đặc điểm, lớp định lớp phân loại Hình Lớp thông tin hệ thống chẩn đoán kỹ thuật Lớp đo đạc (Measurement space) Lớp đo đạc lớp bao gồm thông tin nhận từ đối tượng (bằng cách đo đạc trực tiếp, gián tiếp) Ở kiến thức hệ thống chưa sử dụng Các thông tin đo liệu đầu vào thô (raw inputs) Ví dụ thông tin lớp động diesel như: Nhiệt độ By Assoc Prof PhD Le Van Diem – Faculty of Marine Engineering VIETNAM MARITIME UNIVERSITY khí xả, vòng quay động cơ, vòng quay tuabin tăng áp, số răng, áp suất khí nạp, v.v Tập hợp biến lớp đặc trưng cho trạng thái đối tượng Lớp đặc điểm (Feature space) Số lượng liệu đo thô lớp lớn để sử dụng cho thuật toán chẩn đoán Chúng đồng thời chữa nhiễu nhiều thông tin ích Để rút gọn trích xuất thông tin có ích, liệu thô phân tích, so sánh, xử lý sơ để rút đặc điểm đặc trưng (features) cho đối tượng Việc lựa chọn thông tin cho lớp sử dụng kiến thức biết đối tượng công cụ xử lý số liệu Có thể sử dụng hai chiến lược xác định liệu lớp lựa chọn (feature selection) trích xuất (feature extraction) - Lựa chọn liệu đặc điểm qua trình chọn số biến nhiều biến thu lớp đo đạc; Trích xuất liệu đặc điểm sử dụng kiến thức chuyên môn công cụ toán học (Co-relation, Principle component analysis, …) để tìm biến có ích đặc trưng cho đối tượng Các biến trích xuất biến gốc từ lớp đo đạc mà biến nhân tạo xác định từ phép biến đổi, xử lý số liệu Số lượng biến trích xuất thường nhỏ nhiều liệu đo được, Trong trường hợp có hai hay nhiều thông số đo có quan hệ với nhau, cần xác định mối quan hệ cần sử dụng vài số nhiều thông số đó, biến đổi thành chúng thành thông số tổng hợp Ví dụ nhiệt độ nước làm mát động cơ, ghi nhận giá trị nhiệt độ vào, động độ chênh nhiệt độ vào/ra Khi cần sử dụng giá trị độ chênh nhiệt độ vào/ra Lớp định (Decision space) Các đặc điểm trích xuất liệu thu từ đối tượng đặc trưng cho trạng thái chúng Việc sử dụng đặc điểm để kết luận trạng thái đối tượng thực thuật toán định Có thể sử dụng dạng hàm mục tiêu (objective functions) dạng , với K số lượng hàm mục tiêu Khi đó, biến thuộc lớp đặc điểm biến đổi phù hợp nhằm đạt mục tiêu đặt ra, ví dụ: mục tiêu tối thiểu nhầm lẫn phân loại Hình (mis-class) Hình Hàm mục tiêu cho toán phân loại tuyến tính 10 By Assoc Prof PhD Le Van Diem – Faculty of Marine Engineering VIETNAM MARITIME UNIVERSITY Việc huấn luyện SOM thực cách truyền véctơ trạng thái tới lớp vào mạng Thuật toán SOM hiệu chỉnh vị trí nơron cho khoảng cách từ chúng đến véctơ trạng thái nhỏ SOM sử dụng thuật toán huấn luyện lặp sau: - Hình thành ngẫu nghiên véctơ mô hình mi (toạ độ nơron đồ); Xác định nơron mc có khoảng cách nhỏ đến véctơ trạng thái (gọi nơron chiến thắng − neuron-winner), mà số thoả mãn điều kiện: x(t ) − mc (t ) = { x(t ) − mi (t ) } , n thường áp dụng khoảng cách Euclidean x − m = ∑ (x − m ) k ; k =1 - Hiệu chỉnh vị trí nơron chiến thắng nơron lân cận giới hạn hàm quan hệ hci(t) cho chúng gần với véctơ trạng thái hơn: mi (t + 1) = mi (t ) + α (t ) hci (t )[ x(t ) − mi (t )] , α(t) − tốc độ huấn luyện (0