Motion Amplification (англ.) – усиление движения.
Прямых доказательств, связывающих рождение технологии Motion Amplification с силовыми ведомствами США, у нас нет, но косвенных достаточно. Не случайно среди примеров использования есть немало кейсов из аэрокосмической и оборонной отраслей. Измерение уровня вибрации вертолета во время полета – важная, но очень непростая задача. С Motion Amplification она решается довольно быстро и просто
Диагностика состояния вертолета во время полета - YouTube
Не менее важно знать и состояние инфраструктурных объектов и промышленных активов - оборудования, резервуаров, трубопроводов и т.д. Как можно оперативно оценить состояние моста, чтобы гарантировать безопасное перемещение техники по нему? Оказалось, что без инноваций решить эту задачу проблематично.
История
В конце 2014 года изобретатель Jeff Hay (основатель компании RDI Technologies) получил два патента под названием «Бесконтактный мониторинг состояния мостов и гражданских сооружений» и «Аппарат и метод визуализации периодических движений механических компонентов». Пытливые умы могут почитать подробные материалы по ссылке, а для остальных кратко расскажем в чем заключается основная идея изобретения.
Если взять дорогую высокочастотную камеру и записать видео (например, тысячу кадров в секунду), то даже за 5 секунд мы получим внушительный массив данных. При движении объекта в объективе камеры происходят изменения пикселей изображений во время записи. Зная частоту съемки (fps), фокусное расстояние объектива и расстояние от камеры до объекта, можно выполнить точные измерения амплитуды движения. Фиксируя даже незначительное движение объекта в кадре, проприетарные алгоритмы при обработке видео усиливают это движение, делая его заметным каждому.
Воплощение идеи потребовало серьезных научных и практических изысканий, и первое решение под названием IRIS M появилось на рынке только в сентябре 2016 года. Функционал программного обеспечения версии 1.0 был прост – запись видео и усиление движения. Только в декабре 2016 года (v.1.1) появилась возможность делать измерения. Несмотря на ограниченный функционал, экспертное сообщество и крупные корпоративные заказчики в США встретили новинку с большим энтузиазмом. Решение получило признание American Society of Civil Engineers в 2016г., а также было отмечено вторым призом престижного конкурса Vision Systems Design в 2017г.
Секрет успеха
Получить признание у консервативной и взыскательной аудитории, тем более в короткие сроки, рядовому изобретению явно не по силам. IRIS M объединил в себе плюсы динамично развивающихся технологий видеоаналитики и достоинства традиционной вибродиагностики. Возможность бесконтактным способом оценить состояние объекта, оперативно выполнить измерения и показать реальную картину окружающим оказалась востребованной заказчиками.
Давайте сравним процесс оценки состояния обычного насоса традиционным способом и с помощью IRIS M. Сбор данных традиционным способом осуществляется обычно с помощью виброанализатора по ограниченному набору точек контроля.
Затем специалист по вибродиагностке выгружает данные в специальное ПО для анализа. По результатам анализа специалист формирует отчет и представляет его коллегам, отвечающим за техническое обслуживание и ремонты.
При наличии проблем могут возникать серьезные дискуссии относительно степени их развития и влияния на работоспособность оборудования. Отсутствие «живой» картинки, иллюстрирующей неисправности, существенно усложняет коммуникации.
Motion Amplification (МА) сочетает в себе преимущества традиционной вибродиагностики, фазового анализа и использования специализированного программного обеспечения ODS (Operational Deflection Shape) для анимации:
можно собрать в тысячи раз больше данных, чем традиционным способом;
все данные собираются одновременно, а не последовательно
данные для анализа фаз собираются за одну съемку, а не отдельно (как при традиционном подходе)
каждая точка изображения может быть использована для измерения уровня вибрации
обработанное видео является наглядным отчетом, понятным людям даже без специализированных знаний и опыта.
На видео для наглядности показаны обычная и обработанная видеозаписи. Давайте посмотрим на видеоотчет о диагностике состояния насоса с помощью МА
Решение IRIS M не только позволило увидеть, то что кажется невидимым человеку, но и помогло определить первопричину проблем с оборудованием – трещину в раме. Короткое и наглядное видео выглядит гораздо убедительнее традиционных бумажных отчетов.
Чувствительность системы – 0,25 микрона с расстояния 1 метр при использовании объектива с фокусным расстоянием 50 мм. Пара человеческих глаз не выдерживает конкуренцию.
Варианты решений
Помимо первого решения IRIS M, которое закрывает основные потребности заказчиков, на рынок были выпущены решение IRIS MX в 2018г. и IRIS CM в 2019г.
IRIS M делает 120 кадров в секунду в HD-разрешении и до 1300 в сокращенном, что позволяет уверенно диагностировать проблемы в частотном диапазоне от 0 до 520 Гц.
IRIS MX расширяет возможности базового решения и позволяет работать и в более высокочастотной области – до 11 600 Гц (1400 fps при HD-разрешении и 29000 fps при сокращенном разрешении), что позволило успешно диагностировать турбомашины.
Решение IRIS CM (continuous monitoring) хорошо подходит для мониторинга состояния активов на удаленных объектах, на которых нет специалистов по вибродиагностике. Несколько видеокамер можно объединить в сеть, чтобы получать видеоданные с разных ракурсов. Пользователи могут инициировать запись видео и данных на основе внешних триггеров (например, данных с акселерометров) при достижения пороговых значений вибрации.
Даташиты решений можно найти по ссылке РЕШЕНИЯ – VIMS (motionamplification.ru)
Интерфейсы
Пакет приложений решений RDI, установленных на ноутбуке, содержит 4 программы. По ссылкам можно увидеть их интерфейсы:
1. Motion Explorer – хранение и менеджмент файлов
Управление контентом Motion Explorer - YouTube
2. RDI Acquisition – запись видео
Программа для записи видео RDI Acquisition - YouTube
3. MotionAmplification – аналитика и измерения
Аналитическое приложение MotionAmplification - YouTube
4. Motion Studio – редактор видео
Редактор видео Motion Studio - YouTube
Как видите, для любого пользователя windows интерфейсы достаточно привычные и удобные. Даже не имея квалификацию вибродиагноста, можно стать сертифицированным оператором системы.
Возможности решения
Подробную информацию о функционале программного обеспечения и его развитии в 2016-2020 гг. можно найти по ссылке
Обзор программного обеспечения MotionAmplification v1.0-3.0 - YouTube
Диагностика насосов – это типовая задача для традиционной диагностики. Но что делать, если перед нами большой резервуар, трубопровод или большая конструкция? Motion Amplification открывает специалистам по диагностике новые возможности по решению этих сложных задач.
Диагностика состояния огромных конструкций - YouTube
Периодически мы слышим новости о технологических авариях. Особенно печально, что в результате аварий страдают не только люди, но и окружающая природа. Целостная диагностика крупных активов и наглядная картинка по ее итогам позволяют намного быстрее принимать верные решения, чтобы не допустить возникновения аварий. Уже никто не осмелиться сказать, что с этим резервуаром все в порядке
Диагностика резервуаров - YouTube
Добывающие отрасли исторически развиты в России, используется много дорогого оборудования. Давайте посмотрим на состояние этой мачты буровой установки
(1) Диагностика мачты буровой установки - YouTube
А вот пример диагностики состояния фрагмента трубопровода на нефтеперерабатывающем заводе. А ведь будешь мимо проходить и даже не подумаешь, что есть столько проблем
Вибрация трубопровода на НПЗ - YouTube
Часто важно измерить показатели вибрации во время изменения нагрузочного или скоростного режима работы оборудования. Посмотрите на изменение состояния прокатного стана на металлургическом предприятии при прокатке металла.
Диагностика состояния прокатного стана - YouTube
Теперь понятны причины быстрой деградации подшипниковых узлов.
Бывает так, что сложное оборудование имеет несколько неисправностей на разных узлах. Чтобы разобраться с этим пригодится функция частотной фильтрации видео.
Диагностика виброгрохота и насоса. Частотная фильтрация видео. - YouTube
Функциональные возможности решения быстро расширялись последние годы. Так в версии 3.0 программного обеспечения в 2020 году появились:
усиление движения в режиме реального времени (Live MA), которое отлично подходит для быстрого сканирования состояния активов
векторы движения
тепловая карта движения (по частотам)
измерения движущихся объектов
Важно, что производитель в самом начале разработки успешно решил вопрос стабилизации видео, записанного в условиях повышенной вибрации. Это существенно расширило возможности практического применения решения на реальных производственных площадках.
Заключение
Если все так хорошо, то почему эти решения не используются на каждом крупном российском предприятии? Причин тут видится несколько:
запрет в США на продажу решений двойного назначения в Россию, под который до 2021г. попадали и решения Motion Amplification
даже успешным на западных рынках решениям необходимо время, чтобы зарекомендовать себя на новом рынке
длительные циклы принятия решений и выделения бюджетов в корпорациях
в России по-прежнему доминирует планово-предупредительное обслуживание оборудования, диагностику на производствах во многих отраслях недооценивают и недофинансируют.
В последние годы много сказано и написано про цифровизацию на промышленных предприятиях. В романтическом порыве некоторые авторы провозглашают скорое наступление эры полностью автоматизированных и даже безлюдных производств. При этом часто остается без ответа один важный вопрос – а кто будет нести ответственность за принятие решений и последствия.
Мне представляется, что спрос на квалифицированных экспертов в узких предметных областях, таких как диагностика, будет по-прежнему высоким в ближайшие годы. Экспертно-ориентированные решения Motion Amplification существенно расширяют возможности по диагностике промышленных активов. Спектр применения и количество отраслей, использующих решения семейства IRIS, постоянно растут. С помощью этих решений процессы диагностики, технического обслуживания и ремонты на предприятиях становятся более эффективными и прозрачными.
