7.7. ВНЕДРЕНИЕ ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА, МАШИННОГО ОБУЧЕНИЯ, ИНТЕРНЕТА ВЕЩЕЙ (IOT) И БОЛЬШИХ ЯЗЫКОВЫХ МОДЕЛЕЙ (LLM) ДЛЯ ПРЕДИКТИВНОГО И ПРЕСКРИПТИВНОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ В МОРСКОЙ ИНДУСТРИИ: ПОЛНЫЙ АНАЛИЗ.
Автор:
Александр
Пудар, Технический Инспектор и Супервайзер Планового Обслуживания в
"Reederei Nord BV". Совладелец блога "Out of Box Maritime
Thinker" и основатель группы "Narenta Gestio Consilium Group".
АБСТРАКТ
В этом всеобъемлющем анализе Александр Пудар исследует
потенциал новых технологий - искусственного интеллекта (AI), машинного обучения
(ML), интернета вещей (IoT) и больших языковых моделей (LLM) - для революции
стратегий обслуживания в морской индустрии. Исследование подробно описывает,
как эти технологии можно внедрить для облегчения прогнозного и регламентного обслуживания,
улучшая эффективность и долговечность судового оборудования. Работа отражает необходимость
умных терминалов для сбора данных, сложности аналитических решений для
оптимизации эффективности машин, соответствующих инструментов и их роли в
процессе, а также ключевые характеристики успешного программного обеспечения
для умного анализа. Исследование приходит к выводу, что эти технологии и методологии,
при эффективной интеграции, обещают беспрецедентные улучшения в операционной
эффективности, безопасности и сроке службы оборудования, определяя будущее
морской индустрии.
7.7.1 ВВЕДЕНИЕ
Морская индустрия быстро трансформируется благодаря
прогрессу технологий, таких как искусственный интеллект (AI), машинное обучение
(ML), интернет вещей (IoT) и большие языковые модели (LLM). Эти технологии
вносят новую эру стратегий обслуживания - прогнозного и регламентного обслуживания,
которые имеют потенциал значительно увеличить эффективность, надежность и срок
службы оборудования на борту судна. Этот анализ направлен на изучение внедрения
этих продвинутых технологий и методологий в контексте морской индустрии.
7.7.1.1
РЕГЛАМЕНТНОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ
Регламентное обслуживание расширяет возможности прогнозного
обслуживания, предлагая не только прогнозирование возможных проблем, но и
рекомендации по необходимым действиям для команд по обслуживанию. Эти
рекомендации могут быть выполнены на месте или дистанционно, а системы
управления могут использовать информацию для корректировки планов обслуживания
и оптимизации ресурсов. Технологии, такие как AI и ML, играют ключевую роль в
этих системах, обрабатывая большие объемы данных, выявляя образцы и генерируя
прогнозы и рекомендации.
7.7.2 УМНЫЕ ТЕРМИНАЛЫ
Соответствующие измерительные устройства соединяются с
датчиками и источниками данных, такими как датчики вибрации, температуры и
качества масла, с компьютерным сервером (на борту/в офисе) или облачной
платформой. Эти устройства собирают необработанные (“сырые”) данные, а
программное обеспечение преобразует их в интеллектуальные данные, обеспечивает
подключение, безопасность и возможность дистанционной настройки для более
простого и быстрого использования. Программное обеспечение является всеобъемлющим
инструментом для сложных случаев использования, с функциями, такими как:
- 8 синхронизированных по времени высокочастотных каналов с
"масштабированием" вращения,
- специальные средства для медленно вращающихся механизмов
- пользовательский интерфейс.
Программное обеспечение используется для мониторинга
состояния большого оборудования, такого как компрессоры, передачи, генераторы,
насосы подачи, грузовые насосы и турбины, большие вентиляторы и другое
оборудование.
7.7.3
АНАЛИТИЧЕСКОЕ РЕШЕНИЕ
Аналитическое решение объединяет встроенную аналитику и
сервер (на борту/на суше) или облачную службу для предоставления всесторонней
аналитической платформы для максимизации здоровья оборудования. Быстрые данные анализируются
локально, преобразуются в умные данные и отправляются в облако для дальнейшего
анализа и хранения.
- Сбор данных: первым шагом является сбор данных из различных систем и оборудования на борту; это может быть достигнуто с помощью датчиков и устройств IoT, установленных на критически важном оборудовании, таком как двигатели, генераторы, насосы и турбины. Собираемые данные должны включать параметры, такие как температура, вибрация, давление и обороты в минуту. Возможен сбор более сложных данных, таких как акустические, ультразвуковые или термические изображения.
- Централизованное управление данными: после сбора данных важно хранить и управлять ими централизованно. Надежная система управления данными должна обрабатывать большие объемы данных из различных источников в реальном времени. Система также должна быть способна очищать, обрабатывать и структурировать данные для анализа.
- Прогностическая аналитика: следующим шагом является применение алгоритмов к собранным данным. Машинное обучение (ML) и искусственный интеллект (AI) могут быть использованы для создания прогнозных моделей, предсказывающих отказы или деградацию производительности оборудования. Различные методы, такие как регрессионные модели, анализ временных рядов или сложные техники, такие как глубокое обучение, могут быть использованы в зависимости от природы данных и поставленной задачи.
- Большие языковые модели (LLM) в регламентном обслуживании: LLM, такие как GPT-3 или GPT-4, могут анализировать журналы обслуживания, отчеты и другие текстовые данные, чтобы извлечь полезные данные или определить паттерны. Они могут генерировать текст на основе изученных шаблонов, автоматически создавать отчеты, объяснять результаты аналитики или даже предлагать инструкциии по обслуживанию. LLM также могут идентифицировать аномалии в новых данных, что может указывать на потенциальные проблемы. Эти инструменты могут использоваться для создания умных чат-ботов или виртуальных ассистентов, которые могут общаться с пользователями, отвечать на их запросы, предоставлять подробную информацию или помогать в выполнении определенных задач. LLM также могут извлекать знания из больших объемов текстовых данных, таких как технические руководства, руководства по обслуживанию или исторические отчеты об инцидентах. Это знание может поддержать принятие решений в регламентном обслуживании.
- Интеграция с CBM: обслуживание на основе состояния (CBM) может стать более эффективным с использованием прогнозной и регламентной аналитики, основанной на реальном состоянии оборудования, вместо заранее определенного графика; это помогло бы проводить обслуживание только тогда, когда это необходимо, улучшая эффективность и снижая затраты.
- Пользовательский интерфейс и визуализация: наконец, решение должно включать простой пользовательский интерфейс и инструменты визуализации, позволяющие операторам легко понимать результаты аналитики, прогнозы и рекомендации; это должно включать в себя контрольные панели, предупреждения и отчеты, предоставляющие представление о текущем состоянии и производительности судна. Весь этот системный подход должен быть способен работать в реальном времени, позволяя проводить проактивные вмешательства и корректировки. Основные преимущества будут включать улучшение операционной эффективности, снижение затрат на обслуживание, улучшение безопасности и продление срока службы оборудования. Внедрение такого аналитического решения потребует мультидисциплинарного подхода, включающего специалистов в области кораблестроения, анализа данных, искусственного интеллекта и программного обеспечения.
7.7.4 ПОЛЕЗНЫЕ ИНСТРУМЕНТЫ
Облачные решения могут предложить несколько специализированных
инструментов, адаптированных для анализа данных, автоматизации и отслеживания
аномалий. Инструменты, такие как Trend Revealer, помогают пользователям рано
обнаруживать проблемы, в то время как Anomaly Revealer автоматически
устанавливает диапазон значений для аномалий. Другие инструменты включают
Lubrication Indicator для обнаружения и управления проблемами, связанными со
смазкой, и инструмент Forecasting для лучшего планирования. Учитывая сложность
потенциального нормативного обслуживания в морской промышленности и включение
больших языковых моделей (LLM), возможно, потребуется различные инструменты для
облегчения этого процесса. Вот несколько предложений:
- Инструменты для сбора данных: устройства IoT, датчики и устройства
для регистрации данных могут быть использованы для сбора данных в реальном
времени с различного оборудования и систем.
- Инструменты для управления данными: для централизованного хранения и
управления данными можно использовать решения вроде Apache Hadoop или облачные
платформы (AWS S3, Google Cloud Storage, Microsoft Azure). Инструменты вроде Pandas
(библиотека Python) или Talend могут быть полезны для очистки и предварительной
обработки данных.
- Инструменты для машинного обучения и искусственного интеллекта:
TensorFlow,
PyTorch и Keras - популярные фреймворки для глубокого обучения для создания
предсказательных моделей. Для более простых моделей машинного обучения могут
быть использованы инструменты вроде Scikit-learn.
- Большие языковые модели (LLM): OpenAI GPT-3 или GPT-4 могут быть
использованы для обработки естественного языка. API, предоставляемые OpenAI,
можно интегрировать в систему, чтобы использовать возможности этих моделей.
- Инструменты для прескриптивной аналитики: инструменты вроде MATLAB или
библиотек Python SciPy и NumPy могут быть использованы для оптимизации и
симуляции задач, необходимых для регламентной аналитики.
- Инструменты для визуализации: инструменты вроде Tableau, Power BI или
библиотек Python вроде Matplotlib и Seaborn могут быть использованы для
создания интерактивных дашбордов и визуализаций для более простого
интерпретирования результатов аналитики.
- Инструменты для чат-ботов и виртуальных помощников: фреймворки вроде Rasa или Microsoft
Bot Framework могут быть использованы для разработки умных чат-ботов или
виртуальных помощников. Они могут быть интегрированы с LLM для понимания
естественного языка и генерации текста.
- Инструменты для извлечения знаний: инструменты вроде Elasticsearch или
библиотек Python NLTK и Spacy могут быть использованы для извлечения знаний из
больших текстовых данных.
- Инструменты для управления рабочим процессом: учитывая сложные потоки данных
в этой системе, инструменты вроде Apache Airflow или Luigi могут помочь в
управлении и автоматизации этих потоков.
- Инструменты для интеграции: поскольку эта система потребует
интеграции различных компонентов, могут быть полезны инструменты вроде Apache
Kafka для хранения потока данных в реальном времени и API для связывания
различных программных компонентов воедино.
7.7.5 ФУНКЦИОНАЛЬНОСТЬ
Вот
несколько ключевых функциональных особенностей, которые должны быть в действующем
программном обеспечении для умного анализа, прогнозного и регламентного обслуживания
в морской отрасли:
- Мониторинг в реальном времени и оповещения: программное обеспечение
должно отслеживать различное оборудование и системы. Оно должно активировать
оповещения и сообщения, если обнаруживаются потенциальные проблемы или
аномалии, включая тепловые, вибрационные или визуальные.
- Анализ тепловых, вибрационных и визуальных данных: программное обеспечение должно
иметь продвинутые возможности анализа тепловых, вибрационных и визуальных
данных; это включает использование моделей AI/ML для анализа и прогнозирования
потенциальных проблем на основе этих данных. Например, чрезмерное тепло может
указывать на трение или сбой в системах охлаждения. Аномальные вибрационные
модели могут быть ранними признаками износа или проблем с выравниванием.
Визуальный анализ, такой как записи с камер CCTV или снимки специфического
оборудования, может обнаружить видимые проблемы, такие как утечки, поломки или
коррозия.
- Визуализация: программное обеспечение должно иметь возможности
визуализации, чтобы помочь специалистам в интерпретации данных и результатов
аналитики; это включает тепловые, вибрационные и визуальные данные,
представленные таким образом, что тренды и проблемы становятся ясными и легко
понятными.
- Интеграция с внешними системами: программное обеспечение должно
поддерживать интеграцию с другими внешними системами, включая тепловые,
вибрационные и визуальные системы мониторинга, базы данных, облачные платформы
и большие языковые модели, такие как GPT-3 или GPT-4.
- Масштабируемость и управление удаленными устройствами: программное обеспечение
должно быть масштабируемым, чтобы справиться с увеличивающимся количеством
данных при добавлении новых машин и систем, и должно предоставлять возможности
для управления удаленными устройствами.
- Анализ AI/ML и оповещения: программное обеспечение должно
использовать AI и ML для прогнозного и регламентного анализа, включая анализ
тепловых, вибрационных и визуальных данных.
- Поддержка обслуживания на основе состояния (CBM): программное обеспечение должно
поддерживать CBM, предоставляя мониторинг состояния в реальном времени и
аналитику, включая тепловые, вибрационные и визуальные данные о состоянии.
- Диагностические возможности: должны быть интегрированы для анализа
собранных данных, включая тепловые, вибрационные и визуальные данные, для
диагностики состояния машин, прогнозирования потенциальных поломок и создания
регламента необходимого обслуживания.
- Отбор проб и анализ смазочного масла: программное обеспечение должно
содержать записи о регулярном отборе проб масла и включать эти результаты в
анализ.
- Продвинутая аналитика для данных о смазочном масле: программное обеспечение должно
быть способно анализировать результаты анализа качества смазочного масла и
интегрировать их с тепловыми, вибрационными и визуальными данными для
всеобъемлющей оценки здоровья оборудования.
- Оповещения и рекомендации: на основе результатов анализа и прогнозных
моделей, программное обеспечение должно активировать оповещения и предоставить
рекомендации для корректирующих действий.
- Анализ трендов и прогнозное моделирование: программное обеспечение должно
анализировать тепловые, вибрационные, данные о смазочном масле и визуальные
данные, отслеживая изменения во времени и предсказывая будущие тренды.
- Отчетность и визуализация: должны предоставляться подробные отчеты
и визуализация результатов анализа тепловых, вибрационных, данных о смазочном
масле и визуальных данных, чтобы операторы могли понять и интерпретировать
данные.
7.7.6 ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Регламентное обслуживание, управляемое AI/ML, IoT и LLM, переопределяет будущее морской индустрии. Это позволяет своевременно предсказывать потенциальные поломки машин и регламентирует конкретные действия, что в конечном итоге увеличивает операционную эффективность и уменьшает время простоя оборудования и судов. Умные терминалы позволяют собирать и анализировать данные в реальном времени, что позволяет принимать информированные решения. Показанное аналитическое решение представляет собой связную систему, использующую эти технологии для лучшего использования оборудования и сокращения потерь. Предложенные инструменты направлены на упрощение и оптимизацию процесса, сбора, управления и анализа данных. Кроме того, указанные функции для действующего программного обеспечения для умного анализа описывают всеобъемлющие возможности, необходимые для эффективного внедрения прогнозного и регламентного обслуживания в морской индустрии. Интеграция этих технологий и методологий в морскую индустрию действительно обещает беспрецедентную операционную эффективность, безопасность и срок службы оборудования. По мере прогресса становится ясно, что постоянное обучение и адаптация к подобным новым технологиям будет ключевым для поддержания конкурентного преимущества в постоянно меняющемся секторе морской индустрии.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ И БИБЛИОГРАФИЯ:
1.
Diego Galar Pascual (2015). Artificial Intelligence
Tools. CRC Press.
2.
Medium. (n.d.). Medium. [online] Available at:
3.
https://medium.com/@connect.hashblock/the-ultimate-guide-to-decision-tree-algorithms-2ff42d7cf6c
[Accessed 13 Feb. 2023].
4.
Pudar, A. (2023). AI-Based Predictive Maintenance -
Start. Out of Box Maritime Thinker. Available at:
https://outboxmaritimethinker.blogspot.com/2023/02/ai-based-predictive-maintenance-start.html
[Accessed 13 Jun. 2023].
5.
www.rolls-royce.com. (n.d.). Rolls-Royce opens first
Ship Intelligence Experience Space. [online] Available at:
https://www.rolls-royce.com/media/press-releases/2017/27-11-2017-rr-opens-first-ship-intelligence-experience-space.aspx
[Accessed 13 Feb. 2023].
Отказ от ответственности:
"Out of Box Maritime Thinker" © и “Narenta
Gestio Consilium Group” © 2022, а также Александр Пудар не несут
ответственности за любые ошибки или упущения в содержании этого документа.
Информация в этом документе предоставляется "как есть", без гарантий
полноты, точности, пригодности или своевременности, или результатов, полученных
с использованием этой информации. Идеи и стратегии не должны использоваться без
анализа ситуации вашей компании или системы или консультаций с профессиональным
консультантом. Содержание этого документа предназначено и должно использоваться
исключительно в информационных целях.