فراخوان دستیابی به دانش فنی ساخت ماژول پایش وضعیت موتورهای القایی بر اساس الگوریتم هوشمند به کمک سیگنال‌های الکتریکی و مکانیکی

‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌به گزارش روابط‌عمومی بنیاد ملی علم ایران (INSF)، براساس برنامه‌ریزی‌های صورت گرفته، بنیاد ملی علم ایران در راستای مأموریت‌گرا‌شدن پژوهش‌ها و حمایت از طرح‌های پژوهشی که به فناوری روز دنیا می‌پردازد و می‌تواند باری از دوش صنعتگران کشور بردارد، فراخوان‌هایی را با عنوان برنامه حمایت از پژوهش عمیق شرکت‌های دانش‌بنیان منتشر می‌کند. در این برنامه، نیاز‌های پژوهشی پرریسک شرکت‌های دانش‌بنیان، از طریق سامانه کایپر بنیاد ملی علم ایران به این نهاد اعلام می‌شود و پس از بررسی و داوری‌های لازم، فراخوان پژوهش‌های عمیق و پرریسک شرکت‌های دانش‌بنیان به پژوهشگران و محققان اعلام می‌شود.

فراخوان دستیابی به دانش فنی ساخت ماژول پایش وضعیت موتورهای القایی بر اساس الگوریتم هوشمند به کمک سیگنال‌های الکتریکی و مکانیکی به عنوان یکی دیگر از فراخوان‌های این برنامه، منتشر می‌شود.

توضیحات فراخوان

مقدمه:

از آن‌جایی که چالش‌های خرابی و تعمیرات موتورها در صنایع مختلف مانند نفت، گاز، نیروگاه‌ها، خودروسازی و سایر صنایعی که عملکردشان وابسته به عملکرد صحیح موتورهای الکتریکی است، مشاهده می‌شود، نتایج حاصل از این پروژه می‌تواند در تشخیص خطای موتورها در صنایع مختلف، بسیار کاربردی باشد. هدف از این طرح دست‌یابی به تکنولوژی تشخیص بی‌درنگ خطای موتور و در حین عملکرد طبیعی آن در مراحل اولیه‌ی ایجاد خطا و پیش‌بینی خطا در آینده می‌باشد.

پیشینه مسئله تحقیقاتی:

با توجه به کاربرد گسترده موتورهای الکتریکی در صنایع مختلف نظیر خودروسازی، صنایع نفت و گاز، نیروگاه‌ها و غیره و چالش‌های متعدد در تعمیر و نگهداری این تجهیزات، سالانه هزینه‌های بسیاری به دلیل از کار افتادن خط تولید و تعمیر این تجهیزات پرداخت می‌شود. لذا تشخیص به موقع خطاهای الکتریکی و مکانیکی موتورهای الکتریکی می‌تواند هزینه‌ها را به شدت کاهش دهد و با هزینه بسیار اندک نسبت به راه‌اندازی مجدد سیستم، در زمان کوتاه‌تری اقدام نمود و از بروز خسارات جدی به موتور جلوگیری به عمل آورد. عدم تشخیص خطا در زمان مناسب، می‌تواند خسارات جبران‌ناپذیری را به تجهیزات وارد کند و گاهاَ آسیب‌های جدی نظیر آتش‌سوزی را در پی دارد.

در حال حاضر این سیستم‌های پایش در کشورهایی نظیر سوئیس، آلمان، آمریکا و غیره تولید می‌شوند ولی نمونه‌ای که آنالیز بلادرنگ موتورهای القایی را داشته باشد در حال حاضر در کشور وجود ندارد.

در راستای پاسخگویی به نیاز صنایع خودروسازی، معدنی، نیروگاه‌ها، صنایع نفت و گاز و سایر صنایع بهره‌بردار از موتورهای القایی در سیستم‌های پایش موتورهای مربوط به سبد محصولات فناورانه شرکت‌های دانش‌بنیان، نیاز به پژوهش در این حوزه و ساخت این محصول بیش از پیش احساس می‌شود.

شرح مسئله تحقیقاتی:

شرکت متقاضی سیستم‌های پایش موتورهای القایی، یک شرکت دانش‌بنیان فعال در زمینه برق و الکترونیک، فوتونیک، مخابرات و سیستم‌های خودکار می‌باشد و از محصولات دانش بنیان آن می‌توان به سنسورهای چاپی، ابر خازن، هیتر خودتنظیم‌شونده، هیتر فلکسیبل و الکترود مس-کبالت اشاره کرد.

تمامی صنایعی که در بخش‌های مختلف خود از موتورهای الکتریکی القایی استفاده می‌کنند، ریسک بالایی را در مواجهه با خطرات ناشی از خرابی موتورهای خود متحمل می‌شوند، لذا می‌توان این صنایع را به عنوان بازار هدف در نظر گرفت. البته طیف وسیعی از موتورها با توان‌های مختلف در این صنایع به کار برده می‌شود که هدف این طرح در نظر گرفتن بخش محدودی از آن‌ها با توان مشخص می‌باشد و پس از رسیدن به دانش فنی و تولید آن، گسترش این سیستم های پایش برای انواع دیگر موتورها خواهد بود.

این سیستم‌های پایش از دو قسمت سخت‌افزار و نرم‌افزار تشکیل شده‌اند؛ توسعه بخش سخت‌افزار، با طراحی و ساخت دستگاه و تعبیه حسگرها انجام خواهد گرفت. اما قسمت چالش‌برانگیز پروژه، توسعه نرم‌افزار خواهد بود. برای این کار به تعداد زیادی داده نیاز است که این داده‌ها از طریق داده واقعی و داده‌های حاصل از مدل‌سازی تأمین خواهند شد. لذا لازم است تا یک آزمایشگاه با تعدادی موتور خطادار در دسترس باشد تا بتوان از داده آن‌ها استفاده کرد. همچنین اکثر داده‌های مورد نیاز از مدل استخراج خواهند شد و دست‌یابی به یک مدل مناسب یکی از مهم‌ترین بخش‌های پروژه خواهد بود.

در نهایت، هدف، دست‌یابی به یک سیستم پایش موتورهای القایی خواهد بود که بتواند خطای موتورها را در حین عملکرد طبیعی موتور پیش‌بینی کند. نوع خطای مورد بررسی در این طرح، خطای میله شکسته در رتور، خطای ناهم‌محوری رتور، خطای سیم‌پیچ استاتور و رتور در ماشین القایی رتور سیم‌پیچی شده، خطای بلبرینگ و خطای لقی در ماشین القایی هستند و هدف این است که هم نوع خطا و هم محل خطا تشخیص داده شود. شاخص خطا می‌بایست در طرح مدنظر قرار گیرد، نوع بار مورد بررسی از نوع استاتیک، تشخیص خطا به صورت منفرد و تکی، موتور مورد بررسی از نوع سه‌فاز و موتورهای بدون اینورتر و همچنین با اینورتر مد نظر خواهد بود.

چالش‌های نیاز فناورانه:

مهم‌ترین چالش این طرح، به‌دست آوردن تعداد بسیار زیادی داده صحیح است به گونه‌ای که از این داده‌ها برای آموزش نرم‌افزار مورد نظر استفاده شود. دست‌یابی به این داده‌ها از دو طریق تجربی و مدل‌سازی صورت خواهد گرفت. دسترسی به تعداد زیادی موتور معیوب که بتوان از اطلاعات و داده‌های آن‌ها استفاده کرد، کاری مشکل و غیرعملی است، لذا ارائه یک مدل مناسب که تخمین نزدیک به واقعیت داشته باشد، به عنوان یک راهکار برای دست‌یابی به تعداد زیادی داده صحیح مطرح می‌شود. لازم به ذکر است که فراهم کردن چنین مدل پیچیده‌ای، طراحی معماری مدل و تنظیم پارامترهای مدل برای افزایش دقت، چالشی اساسی در این طرح خواهد بود.

چالش‌های دیگر این طرح به شرح زیر می‌باشند:

1. از آن جایی که سطح نویز موجود در سیستم‌هایی که در حال کار در محیط‌های صنعتی هستند زیاد است، لذا به‌دست آوردن سیگنال مناسب برای تحلیل و اندازه‌گیری در حضور نویز، نیازمند بررسی تمامی مواردی که منشأ ایجاد نویز هستند، می‌اشد.
2. با توجه به اینکه حسگرهای متعددی در این دستگاه مورد استفاده قرار خواهد گرفت، روش‌ها و الگوهای الگوریتم هوشمند برای پردازش و تشخیص خطا به کمک انواع مختلف حسگرها در حضور انواع خطا، کار پیچیده‌ای است و نیاز به مطالعات عمیق در این حوزه دارد.
3. با توجه به اینکه این دستگاه را می‌توان برای توان‌های مختلفی از موتورهای در حال کار استفاده نمود، حفاظت و جلوگیری از تداخلات الکترومغناطیسی (EMI) نیاز به تحقیقات به روز در این حوزه خواهد داشت.

گام‌های تحقیقاتی و الزامات طرح:

گام‌های تحقیقاتی اصلی طرح پیشنهادی حاضر شامل موارد زیر می‌باشد:

1. مطالعه و بررسی الگوهای موجود؛
2. تدقیق نیازمندی‌ها و الزامات طراحی؛
3. تعیین آزمایشگاه و انجام تست‌های عملی برای دست‌یابی به داده‌های واقعی؛
4. ارائه یک مدل مناسب جهت تخمین داده‌های مورد نیاز؛
5. تهیه مواد اولیه و طراحی و ساخت دستگاه با حسگرهای مربوطه؛
6. جمع‌آوری و تحلیل داده، آموزش و توسعه نرم‌افزار؛
7. دست‌یابی به ساختار الگوریتم هوشمند مناسب با دقت و ثبات مطلوب؛
8. مشخص شدن محل دقیق اجرای پایلوت، تعیین نحوه اجرا و بدست آوردن پارامترها؛
9. تست‌های سازگاری الکترومغناطیسی، صحت‌سنجی سیستم و رفع عیوب احتمالی؛
10. دستیابی به خروجی صنعتی (پرتابل و ماژول).

خروجی نهایی تحقیق:

پس از رسیدن به یک مدل مناسب جهت تخمین درست داده‌ها و توسعه سخت‌افزار و نرم‌افزار، هدف دستیابی به یک خروجی صنعتی (پرتابل و ماژول) می‌باشد که کارکرد مطلوبی در محیط صنعتی با دقت مورد نظر داشته باشد. (پیشنهاد می‌شود ابتدا سیستمی برای پایش موتورهایی با توان تا ۱۰ کیلووات طراحی گردد و در صورت موفقیت و عملی شدن طرح، توسعه برای موتورهایی با توان‏های بالاترانجام گیرد.)

راهکارهای غیرجذاب

• دقت تشخیص خطای کم‌تر از ۷۰ درصد؛
• عدم تشخیص آنلاین خطا؛
• عملکرد نامناسب در محیط صنعتی و بروز تداخلات الکترومغناطیسی.

تسهیم مالکیت فکری:

1. مالکیت معنوی: مجری در مالکیت معنوی ناشی از اجرای تحقیق سهیم خواهد بود و انتشار مقاله مشترک توسط مجری و متقاضی در مجلات داخلی و خارجی، ارائه مقاله در کنفرانس‌ها و سمینارها با هماهنگی و اخذ نظر کارفرما بلامانع می‌باشد.
2. مالکیت منافع مادی: با توجه به مدل کسب و کار شرکت متقاضی، منافع مالی ناشی از توسعه این فناوری، قابلیت اشتراک بین متقاضی و مجری را با هماهنگی و اخذ نظر موافق کارفرما دارا می‌باشد. لازم است مدل پیشنهادی در پروپوزال ارسالی ارائه گردد.

نحوه پذیرش:

رقابتی است و از بین پروپوزال‌های دریافتی، موردی که شرایط زیر را داشته باشد، در اولویت خواهد بود.

1. ترکیب متخصصین تیم پیشنهادی مرتبط باشد.
2. افراد پیشنهاد شده، دارای سابقه پژوهشی و فنی در آن موضوع باشند.
3. زمان‌بندی اجرایی، هزینه و شرح خدمات، متناسب و مرتبط با پژوهش مورد تقاضا باشد. (در این بخش، مجری می‌تواند برآورد اولیه خود را اعلام کند اما بدیهی است جزئیات اجرایی بعد از فاز صفر، در ابتدای امر مشخص نیست و مجری و کارفرما با علم به این موضوع وارد این توافق خواهند شد)
4. مدت زمان فاز صفر (تدوین و تکمیل پروپوزال) باید حداکثر ۳ ماه باشد.
5. تیم پیشنهاددهنده، زیرساخت انجام پژوهش اعم از آزمایشگاه، پایلوت و کارگاه را داشته باشند.
6. پروپوزال طبق فرمت پیشنهادی بنیاد، تهیه و ارسال شده باشد.

هزینه‌های قابل قبول:

1. حق‌التحقیق نیروی انسانی
2. تست‌ها و آنالیزها
3. خدمات
4. مواد مصرفی و آزمایشگاهی

حوزه های اولویت دار

مهندسی / برق / قدرت + مهندسی / برق / کنترل

واجدین شرایط

پژوهشگر اصلی تیم لازم است عضو هیئت علمی یکی از دانشگاه‌ها و موسسات آموزش عالی کشور باشد.

پس از دریافت پروپوزال از طریق سامانه، ارزیابی انجام گرفته و در صورت کسب امتیاز بالا، تیم برگزیده جهت مذاکره با بنیاد و شرکت متقاضی دعوت خواهد شد.

فایل پیوست

فرم خام پروپوزال

تاریخ فراخوان

کلیه افراد واجد شرایط به مدت یک ماه از تاریخ انتشار فراخوان یعنی تا ۱۵ بهمن فرصت دارند که پروپوزال خود را از طریق سامانه کایپر برای بنیاد ملی علم ایران ارسال نمایند.

مبلغ حمایت

پژوهش پیشنهاد شده تا سقف ۸۰ درصد، حداکثر ۲ میلیارد تومان، توسط بنیاد ملی علم ایران حمایت خواهد شد. بدیهی است که مابقی هزینه‌ها باید توسط شرکت متقاضی پژوهش تامین شود.

کارگروه مسئول

در صورت هرگونه سوال می‌توانید با کارگروه دانش‌بنیان با ایمیل: amini.m@insf.org و شماره تلفن ۰۲۱۸۲۱۶۱۱۲۱ تماس بگیرید.

جهت بارگذاری پروپوزال کلیک کنید.

علاقمندان می‌توانند اخبار و رویدادهای بنیاد ملی علم ایران را در شبکه‌های اجتماعی زیر دنبال کنند:

کانال بنیاد ملی علم ایران در بله: https://ble.ir/insf_pr
کانال بنیاد ملی علم ایران در تلگرام: https://t.me/insf_pr
صفحه بنیاد ملی علم ایران در اینستاگرام