Algorytmy przeciwko marnotrawstwu sprężonego powietrza

Z pomocą sztucznej inteligencji naukowcy z Fraunhofer IPA chcą wykrywać nieszczelności w systemach sprężonego powietrza i położyć kres marnotrawstwu. W tym celu zbudowali ten demonstracyjny system. (Źródło: Fraunhofer IPA/Foto: Rainer Bez) / Researchers at Fraunhofer IPA are proposing to use Artificial Intelligence to identify leakages in compressor units and bring an end to waste. To this end, they have constructed a demo prototype. (© Fraunhofer IPA/Photo: Rainer Bez)

Potencjał oszczędności do 30 procent jest możliwy: Większość instalacji sprężonego powietrza jest nieefektywna. Powietrze ucieka z niezliczonych nieszczelności; ich wykrycie jest trudne. Naukowcy z Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA chcą teraz przeciwdziałać marnotrawstwu za pomocą sztucznej inteligencji.

W niemieckich przedsiębiorstwach działa około 60 000 instalacji sprężonego powietrza. Razem zużywają one rocznie 16,6 terawatogodzin, co odpowiada siedmiu procentom całkowitego zużycia energii w krajowej gospodarce przemysłowej. »Koszty tego można obniżyć nawet o 30 procent«, mówi profesor Sauer, kierownik działu Efektywnej Produkcji zasobów w Fraunhofer IPA i kierownik Instytutu Efektywności Energetycznej w Produkcji (EEP) Uniwersytetu w Stuttgarcie. Jednym z największych potencjałów oszczędności jest fakt, że zdecydowana większość instalacji sprężonego powietrza działa dotąd nieefektywnie. Powód: jest pełno nieszczelności.

Dziury i zagięcia w wężach lub nieszczelne elementy łączeniowe: wszystko to jest trudne do wykrycia. Często nie wszystkie części instalacji sprężonego powietrza są łatwo dostępne i bezpieczne do obsługi, a nieszczelności są tak małe, że gołym okiem można je dostrzec bardzo trudno lub wcale. Dotychczas korzystano z ultradźwiękowego urządzenia pomiarowego, które wykrywa zakresy częstotliwości, niewidoczne dla człowieka, w których powietrze ucieka. Większość firm przeprowadza ten pomiar najwyżej raz w roku lub po prostu żyje z nieszczelnościami.

Dziury, zagięcia i nieszczelne elementy łączeniowe

Za pomocą sztucznej inteligencji Christian Dierolf i jego kolega Christian Schneider chcą wykrywać nieszczelności w instalacjach sprężonego powietrza i położyć kres marnotrawstwu. W tym celu obaj naukowcy w pierwszym kroku zbudowali demonstracyjną instalację.

W niej sprężone powietrze przepływa albo przez nienaruszone węże, albo przez takie z niemal niewidocznymi dziurami, zagięciami i nieszczelnościami łączeniowymi — najczęstszymi nieszczelnościami w instalacjach sprężonego powietrza w przemyśle. Bez względu na to, jaką drogę pokonuje sprężone powietrze, dla oka nic nie wskazuje na różnicę: aktuatory wykonują swoją pracę. Jednak demonstrator mierzy, czy powietrze przepływa z większym czy mniejszym ciśnieniem przez węże, określa przepływ, pozycję aktuatorów, stan zaworów i rejestruje sygnały ultradźwiękowe.

Demonstrator jako baza danych

Wszystko to jest zapisywane czasowo synchronicznie w chmurze. »Demonstrator tworzy więc podstawę dla naszej badawczej produkcji opartej na danych, na przykład poprzez trenowanie algorytmów uczących się«, wyjaśniają naukowcy. Algorytmy te mają być później przenoszone na zastosowania przemysłowe. Tam mają nie tylko wykrywać i lokalizować nieszczelności, ale w przyszłości także od razu wyświetlać nazwę i numer zamówienia uszkodzonego elementu za pomocą aplikacji. Osoba odpowiedzialna za instalację sprężonego powietrza nie będzie musiała już długo szukać w katalogu. Zamiast tego będzie mogła za pomocą kilku kliknięć zamówić części zamienne i tym samym skrócić czas przestoju. »Oprócz klasyfikacji nieszczelności, głównym celem badań jest identyfikacja aktuatorów w sieci sprężonego powietrza maszyny przy minimalnym nakładzie pomiarowym«, mówi Dierolf.

To jest jednak równie odległe od realizacji jak wiele innych pomysłów naukowców. Jakie działania, między innymi przy pomocy Przemysłu 4.0, już dziś pozwalają wykorzystać istniejące potencjały efektywności i znacząco obniżyć koszty, pokazuje seminarium »Inteligentne sprężone powietrze – z metodami Przemysłu 4.0 identyfikować potencjały i zwiększać efektywność«, które odbędzie się 6 listopada 2019 na terenie Fraunhofer IPA w Stuttgarcie.