VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ Fakulta strojního inženýrství Ústav výrobních strojů, systémů a robotiky Ing. Radek Szabó EXPERTNÍ SYSTÉMY V DIAGNOSTICE IZOLAČNÍCH SYSTÉMŮ ELEKTRICKÝCH TOČIVÝCH STROJŮ EXPERT SYSTEMS IN DIAGNISTICS OF INSULATING SYSTEMS OF ELECTRICAL ROTARY MACHINES ZKRÁCENÁ VERZE PH.D. THESIS Obor: Školitel: Oponenti: Datum obhajoby: 15.6. 2005 Konstrukční a procesní inženýrství Doc. Ing. Miloš Hammer, CSc. Prof. Ing. Václav Mentlík, CSc. Doc. Ing. Eva Kučerová, CSc. Doc. Ing. Jiří Petr, CSc.

KLÍČOVÁ SLOVA expertní systémy, diagnostika, diagnostické metody, izolace vinutí, elektrické stroje KEY WORDS expert systems, diagnostics, diagnostics methods, insulation of winding, electrical machines MÍSTO ULOŽENÍ PRÁCE Ústav výrobních strojů, systémů a robotiky FSI VUT v Brně Radek Szabó, 2005 ISBN 80-214-2968-2 ISSN 1213-4198

OBSAH ÚVOD...5 1 TECHNICKÁ DIAGNOSTIKA IZOLAČNÍHO SYSTÉMU...5 2 EXPERTNÍ SYSTÉMY...7 2.1 Úvod do expertních systémů...7 2.2 práce se znalostmi a jejich reprezentace...8 2.3 Programovací jazyk Prolog...10 2.4 Výhody a nevýhody nasazení znalostních technologií...10 3 CÍL PRÁCE...11 4 EXPERIMENTÁLNÍ ČÁST...11 4.1 Expertní systém ES...11 4.2 Verifikace expertního systému ES...17 5 PŘÍNOS PRÁCE...24 6 ZÁVĚR...24 7 POUŽITÁ LITERATURA...26 8 CURRICULUM VITAE...31 9 ABSTRACT...32 3

ÚVOD Současný dynamický rozvoj techniky klade zvýšené požadavky na všechny části výrobního procesu, přičemž středem zájmu se stále více stává kvalita a spolehlivost technických zařízení. Tyto tendence s sebou nesou i rostoucí požadavky na získávání informací o technických zařízeních ve všech fázích jejich vzniku i provozního využití. Uvedené konstatování se týká i elektrických točivých strojů. Elektrické točivé stroje pracující v oblasti vysokého napětí lze zařadit do skupiny technických zařízení, jenž jsou technologicky obtížně nahraditelná, drahá, popřípadě tvoří úzký výrobní profil, kdy každá jejich nečekaná závada či porucha může značně ovlivnit výrobní produkci, zisk i samotnou životaschopnost výroby. Z hlediska spolehlivosti je elektrický točivý stroj chápán jako sériový řetězec jednotlivých podsystémů, kde jednou z jeho klíčových částí je izolační systém, který ovlivňuje celkovou spolehlivost a bývá většinou i jeho nejslabším článkem. Na významu proto nabývá obor, jenž se věnuje sledování stavu izolačních systémů - do popředí zájmu vystupuje elektrotechnologická diagnostika elektrických točivých strojů. U složitých objektů, jakými elektrické točivé stroje jsou, je diagnostika jejich izolačního systému velmi obtížná, neboť na něj v provozních podmínkách působí celá řada vlivů, jejichž účinky se mohou vzájemně ovlivňovat. Aby byly zahrnuty všechny změny, ke kterým v izolačním systému díky působení těchto vlivů dochází, je nutné použít soubor vhodně se doplňujících diagnostických metod, jejichž vyhodnocení bývá někdy velmi obtížné. Z toho důvodu se jeví vhodné využít tzv. heuristický přístup k řešení, jinak řečeno, využití heuristických znalostí (znalosti odvozené ze zkušeností). Tyto zkušenosti má v daném oboru člověk-specialista, čili expert s dlouholetou praxí. Jelikož není trvalá přítomnost expertů u objektu v provozu možná, je nutno hledat způsob převodu jeho znalostí do podoby vhodné pro programové vybavení počítače. Právě fakt, že ne vždy je možné v momentě potřeby zabezpečit fyzickou přítomnost experta, inicioval vznik v současné době jedné z nejúspěšnějších aplikací umělé inteligence vznik expertních systémů. Předkládaná disertační práce ukazuje jeden z možných přístupů při vyhodnocování stavu izolačního systému elektrických točivých strojů. Po teoretickém úvodu, ve kterém je nastíněna problematika diagnostiky izolačních systémů a tvorby expertních systémů, následuje experimentální část, kde je provedena statistická analýza datového souboru sloužícího pro verifikaci závěrů vyvozených expertním systémem. Hlavní náplní experimentální části a zároveň těžištěm celé předkládané práce je návrh a realizace expertního systému ohodnocujícího stav izolačního systému elektrických točivých strojů. 1 TECHNICKÁ DIAGNOSTIKA IZOLAČNÍHO SYSTÉMU Vlivy působící na izolační systém Jedním ze zásadních požadavků na provoz elektrických zařízení je vysoká spolehlivost a bezpečnost. Tyto vlastnosti jsou do značné míry závislé na kvalitě izolačního materiálu, který je použitý pro izolační systém elektrických zařízení. Provoz elektrického zařízení je ovlivněn celou řadou vnějších či vnitřních faktorů podle toho, v jakém prostředí zařízení pracuje a k jakému účelu je určeno. Vlivy, kterým jsou použité izolační materiály při provozu vystaveny působí komplexně, to znamená, že nemusí být navzájem nezávislé, jejich účinky se mohou ovlivňovat. Jedná se zejména o [41]: vlivy teploty (stálé působení, rychlé změny, nepravidelné teplotní cykly), mechanická namáhání (otřesy, vibrace, odstředivé síly), vlivy elektrického pole (výbojová činnost, velká intenzita pole), klimatické a chemické vlivy. 5

Z výše uvedeného tedy plyne nutnost postihnout změny, k nimž v izolaci dochází, co možná nejkomplexněji, tedy volbou vhodně se doplňujících metod, které by dovolovaly pohled na materiál z několika stran. Z tohoto důvodu byla vyvinuta řada diagnostických metod pro sledování stavu elektroizolačních systémů [5], [41], [60]. Souhrn diagnostických metod a diagnostických parametrů, na základě kterých ohodnocuje expertní systém izolační systém elektrického stroje je v tab. 1. Tab. 1 Diagnostické metody a jejich parametry pro ohodnocování stavu izolačního systému elektrického stroje Název diagnostické metody Vizuální kontrola statorového vinutí Měření izolačního odporu statorového vinutí a výpočet polarizačního indexu Měřený parametr elektrického stroje uložení radiálních klínů uložení bočních klínů kontrola tuhosti mechanických částí kontrola teflonových hadic chladícího systému na únik kapaliny kontrola poškození průchodek kontrola systému měření teplot vinutí železa a plynu kontrola statorového paketu na mechanické poškození měření elektrického odporu polovodivého laku Izolační odpor po deseti minutách R iz600 [MΩ] Polarizační index jednominutový P i60 [-] Polarizační index desetiminutový P i600 [-] Izolační odpor jednominutový R iz60 [MΩ] Měření izolačního odporu rotorového vinutí a výpočet polarizačního indexu Polarizační index jednominutový P i60 [-] Měření závislosti izolačního odporu na stejnosměrném napětí Izolační odpor po deseti minutách R iz600 [MΩ] Měření kapacity, ztrátového činitele a výpočet časové konstanty Měření částečných výbojů statorového vinutí galvanickou metodou Měření částečných výbojů statorového vinutí diferenciální elektromagnetickou sondou Frekvenční analýza proudu a rozptylového magnetického pole Zkouška statorového vinutí střídavým napětím 50 Hz Zkouška rotorového vinutí střídavým napětím 50 Hz Zkouška statorového vinutí stejnosměrným napětím Indikace ozónu v chladícím vzduchu Kapacita měřeného objektu C[µF] Ztrátový činitel tgδ[-] Časová konstanta τ[s] Součtový náboj Q[pC] Elektrický náboj q[pc] Rozdíl 1. harmonické frekvence a postranních pásem [db] Rozdíl 1. harmonické frekvence a otáčkové frekvence [db] Elektrický průraz v důsledku zvýšeného elektrického namáhání Elektrický průraz v důsledku zvýšeného elektrického namáhání Nabíjecí proud I[µA] Obsah ozónu v chladícím vzduchu [ppm] 6

2 EXPERTNÍ SYSTÉMY 2.1 ÚVOD DO EXPERTNÍCH SYSTÉMŮ Expertní systémy jsou jedním z aplikačně nejúspěšnějších vyústění v oblasti výzkumu umělé inteligence. Přesná, všeobecně uznávaná definice expertního sytému zejména díky silné variabilitě vyvinutých či vyvíjených systémů i vzhledem k různorodosti představ o obsahu tohoto pojmu zatím chybí. Proto je zde uvedeno několik v literatuře nejčastěji se vyskytujících definic. Počítačový systém hledající řešení problému v rozsahu určitého souboru tvrzení nebo jistého seskupení znalostí, které byly formulované experty pro danou specifickou oblast. [82] Systém kooperujících programů na řešení vymezené třídy úloh, v jednotlivých problémových oblastech obyčejně řešené experty. [51] Obecně lze tedy říci, že expertní systémy modelují způsob, jakým řeší danou úlohu expert. Z hlediska charakteru řešených úloh lze dnes existující expertní systémy rozdělit do tří skupin [38]: diagnostické, plánovací a hybridní. Expertní systém vytvořený na našem školícím pracovišti pod názvem ES je koncipován jako diagnostický expertní systém. Nebude-li uvedeno jinak, bude dále pojem expertní systém představovat diagnostický expertní systém. Úlohou expertních systémů je provádět efektivní interpretaci dat s cílem určit, která z hypotéz o chování zkoumaného systému nejlépe koresponduje s reálnými daty týkající se daného konkrétního případu. Řešení problému probíhá formou postupného ohodnocování dílčích hypotéz v rámci pevně daného modelu řešeného problému, který je sestaven expertem. Struktura expertního systému je na obr. 1. P R O C E S Měřící systém Externí programy Báze dat Externí báze dat Komunikační modul Uživatel Konverze dat Vysvětlovací modul Expert Editor Báze znalostí (inferen ční síť) Inferenční (inferenční) mechanismus Znalostní inženýr Atkuální model Obr. 1 Architektura expertního systému Mezi nejdůležitější části patří: inferenční mechanismus, báze dat a báze znalostí. Báze znalostí (pravidel) Báze znalostí je pasivní datová struktura, koncepčně podobná databázi. Reprezentuje všeobecně platné a přijímané poznatky o pravidlech a zákonitostech z vymezené oblasti. Jsou zde vhodným způsobem zapsány (kapitola 2.2) různé znalosti od nejobecnějších až po úzce specializované, včetně heuristických znalostí. 7

Báze dat K řešení určitého konkrétního problému je třeba poskytnout systému data o daném případu. Tato data se ukládají právě do báze dat (množina údajů k danému případu), a takto se dosadí" do obecně formulovaných znalostí z báze znalostí. Během procesu vyvozování závěru se do báze dat ukládají nová data zadaná uživatelem, odvozená data, fakty, výsledky a mezivýsledky, to znamená, že její obsah se v průběhu konzultace stále mění. Inferenční mechanismus Je to programový modul, který udává strategii využívání znalostí z báze znalostí a zprostředkovává komunikaci mezi bází znalostí a bází dat. Ucelená teorie inferenčních mechanismů v současné době neexistuje. Avšak přes různorodost realizací lze konstatovat, že se při návrhu těchto mechanismů vychází zejména z pojmů a výsledků obecné teorie řešení úloh, především z představy prohledávání stavového prostoru [38]. 2.2 PRÁCE SE ZNALOSTMI A JEJICH REPREZENTACE Znalostí rozumíme něco, co nám umožňuje využívat zkušeností (vlastních i cizích), nacházet řešení různých problémů nebo se efektivně rozhodovat. Zvolený způsob reprezentace znalostí je do značné míry problémově závislý a výrazně ovlivňuje vývoj, efektivnost i rychlost práce expertního systému. Z existujících technik reprezentace znalostí v expertních systémech patří mezi nejrozšířenější reprezentace znalostí pomocí pravidel. Protože je tento způsob reprezentace znalostí velmi názorný a snadno aplikovatelný, je použitý i v expertním systému vytvořeném na našem školícím pracovišti. Mezi další techniky patří: rámce, formální logika, objekty, hybridní reprezentace. Pravidlová reprezentace znalostí Jde o reprezentaci znalostí udávající vztah mezi vstupní a výstupní informací, která se v případě, že je vstupní informace známa stává také známou. Pravidla jsou formulována ve tvaru: IF předpoklad_1 AND(OR) předpoklad_2 THEN závěr_1. Toto vyjádření můžeme obecně nazvat jako tvar předpoklad závěr nebo také (podmínka důsledek). Pravidla v tomto tvaru jsou obsažena v bázi znalostí a jsou základem rozhodování. Jednotlivá pravidla jsou inferenčním mechanismem porovnávána se vstupními předpoklady a na základě shody je učiněn závěr. Mohou být také volány další procedury a funkce, jejichž vykonání se promítne do závěrečné expertízy. Teprve v případě, že neexistuje další pravidlo, které by bylo možno ztotožnit s předpokladem je inferenční proces zastaven (algoritmus dopředného a zpětného zřetězení). Při zpracování jednotlivých pravidel řeší inferenční mechanismus úlohu hledání optimální cesty ve stavovém prostoru, neboli určuje, v jakém pořadí se budou jednotlivá pravidla aktivovat. Hlavními nástroji inferenčního mechanismu vycházejícími z prohledávání stavového prostoru jsou [51]: dopředné řetězení, zpětné řetězení. Dopředné řetězení Předpokladová část Část závěrů Při dopředném řetězení se vychází z údajů v bázi dat. Prohledávání stavového prostoru probíhá od výchozích faktů k závěrům (obr. 2). V systémech využívajících dopředné řetězení jsou 8

obvykle všechny relevantní fakty pro důkaz určité hypotézy známy předem a hledá se právě hypotéza, kterou tyto fakty dokazují. Zpětné řetězení Při zpětném řetězení se vychází od zvoleného cíle (obr. 2) a je nutné zpětně analyzovat předpoklady jeho dosažitelnosti, přičemž v každém kroku se řeší konfliktní situace [6] při výběru z více tvrzení, která potvrzují vybranou hypotézu. Při zpětném řetězení odvozovací mechanismus vychází z důsledkové části pravidel a zjišťuje, jestli jsou splněny jejich předpokladové části, důkazy jsou přitom získávány od uživatele v dialogu s expertním systémem. Porovnání odlišnosti mezi oběma metodami je v následující tabulce. Tab. 2 Vlastnosti dopředného a zpětného řetězení Dopředné řetězení Plánování, monitorování, řízení Přítomnost budoucnost Od předpokladů k závěrům Řízeno daty usuzování zdola nahoru Prohledávání sítě do šířky Hledání určují předpoklady Neusnadňuje vysvětlení Zpětné řetězení Diagnostika Přítomnost minulost Od závěrů k předpokladům Řízeno cílem usuzování shora dolů Prohledávání sítě do hloubky Hledání určují závěry Usnadňuje vysvětlení Charakteristiky uvedené v tab. 2 nelze brát striktně, neboť z důvodů co možná největší univerzálnosti a flexibility umožňují současné expertní systémy bez větších problémů používat obě techniky prohledávání stavového prostoru najednou. Přímé řetězení Zpětné řetězení 3 3 1 5 2 4 6 4 6 5 2 1 Prohledávání do hloubky 6 6 1 2 5 4 3 4 5 3 1 2 Prohledávání do šířky Podmínky Důsledky Podmínky Důsledky Obr. 2 Strategie prohledávání stavového prostoru V obr. 2 je zároveň naznačeno, jak inferenční stroj postupuje, ověří-li platnost některého pravidla. Existují dva modely jeho chování: pohledávání do hloubky, pohledávání do šířky. Tyto teoretické poznatky byly při tvorbě expertního systému realizovány pomocí programovacího jazyka Prolog [7], [13], [22]. 9

2.3 PROGRAMOVACÍ JAZYK PROLOG Prolog se od klasických programovacích jazyků (Pascal, C) liší deklarativním způsobem programování. Tento způsob se vyznačuje tím, že klade důraz na to co se má počítat, aniž by se podrobně specifikovalo jak se to má počítat. Chybějí zde příkazy pro řízení běhu programu i příkazy pro řízení toku dat, což umožňuje plně se soustředit na popis relací a vytvářet tak snadno prototypy programů. Pomocí tohoto jazyku lze formulovat libovolnou úlohu přímo v jazyce logiky 1. řádu. V programovacím jazyku Prolog je potřebné znalosti formulovat pomocí tzv. Hornových klauzulí: (P 1 & P 2 &,..., P n ) A Základem tohoto jazyka je práce s termy (objekty) a klauzulemi (fakty, pravidla). Termy mohou být: jednoduché, tzn. konstanty (a, b, c) a proměnné (A, B, C, _) složené, tvořené funktorem a n-ticí termů (den(sobota), otec(jan, Karel)) Klauzule je možno rozdělit do tří typů: atomické formule, odpovídají složený termům a lze je chápat jako fakta v databázi podmíněné příkazy ve tvaru implikace: A :- P 1, P 2,..., P n, kterou lze chápat jako pravidlo IF P 1 & P 2 &... & P n THEN A. Atomická formule A se nazývá hlava příkazu, atomické formule P 1, P 2,..., P n se nazývají tělo příkazu. cílové klauzule, mající tvar dotazu:? C 1, C 2,..., C n, kde atomické formule C 1, C 2,..., C n se nazývají cíle. Strategie Prologu je založena na prohledávání do hloubky (obr. 2). V každém kroku výpočtu programu se hledají hodnoty proměnných, pro které jsou splněny všechny cíle cílové klauzule? C 1, C 2,..., C n. Programovací jazyk Prolog je velmi rozšířený v Evropě, kde konkuruje programovacímu jazyku LISP [6]. Výhody: množství podpůrných programů rozšiřující vlastnosti jazyka Prolog, možnost vyjádření neurčitosti, podpora dopředného i zpětného řetězení, existuje profesionální software Visual Prolog (nyní verze 6.3), který je pro nekomerční použití zdarma, komfortní grafické vývojové prostředí, existují i programová prostředí založená na Prologu, která jsou dostupná zdarma a která mají dokonce mnoho rozšiřujících funkcí. Nevýhody: poměrně komplikované základy predikátové logiky 1. řádu, obtížně dostupné uživatelské manuály k programování v jazyce Prolog, nemožnost vyjádření neurčitosti pomocí fuzzy množin, pouze pomocí faktorů jistoty. 2.4 VÝHODY A NEVÝHODY NASAZENÍ ZNALOSTNÍCH TECHNOLOGIÍ Výhody: dostupnost (možnost implementace na kterýkoliv počítačový hardware) 10

časová dostupnost (expertízu lze získat v kterýkoliv časový okamžik) spolehlivost (expertní systém vytvořený více experty snadněji řeší dilemata) vysvětlení (schopnost vysvětlit postup, jak bylo dosaženo dané expertízy) rychlost (rychlá reakce na vstupní požadavky) stálost (časově invariantní, neemotivní a úplná expertíza jako odpověď na stejný problém) Nevýhody: Počítače mají především omezené uvažování. Jejich myšlení není kreativní, uvažují pouze v tendencích zadaných člověkem. Zatímco člověk se poměrně snadno přizpůsobuje novým podmínkám, u stroje je adaptace daleko větším problémem. Znalosti a dovednosti člověka se s časem a získanými zkušenostmi vyvíjejí. Expertní nebo znalostní systém bude bez lidského zásahu i za několik let navrhovat stejné postupy. Člověk má k diagnostikování problémů více smyslů, a tím i více podnětů. I maličkosti mohou experta někdy vést ke správnému výsledku. Velikým problémem je také nalezení experta, který je ochoten podělit se o své léty nabité zkušenosti. V momentě, kdy budou jeho zkušenosti i heuristické znalosti zakódovány do báze znalostí, přichází o svoji nepostradatelnost. Toto je asi největší úskalí, se kterým se potýkají tvůrci všech systémů se znalostní bází. V neposlední řadě myslící stroj" postrádá obyčejný lidský rozum. Každý z nás totiž během let nasbírá milióny informací, zkušeností a znalostí. Není možné všechny tyto znalosti předat počítači. Svět není stále stejný, a experti se občas dostávají do situace, se kterou tvůrci systému nepočítali. 3 CÍL PRÁCE V předkládané disertační práci byly stanoveny tyto cíle: V teoretické části práce se soustředit na následující problematiku: 1. Shrnout aspekty technické diagnostiky a diagnostických metod používaných v současné praxi. 2. Popsat základy expertních systémů a práce se znalostmi. 3. Popsat práci se znalostmi pomocí logiky. V experimentální části práce se zaměřit na: 1. Výběr vhodného nástroje pro realizaci diagnostického expertního systému. 2. Realizaci diagnostického expertního systému. 3. Ověření funkce inferenčního mechanismu. 4 EXPERIMENTÁLNÍ ČÁST 4.1 EXPERTNÍ SYSTÉM ES Na našem školícím pracovišti se zabýváme výzkumem využití umělé inteligence jako nástroje pro ohodnocení stavu izolačních materiálů. Na základě tohoto výzkumu vznikl i expertní systém s názvem ES, díky kterému se snažíme ověřit možnost využití znalostních technologií v této problematice. Tento expertní systém slouží jako nástroj, pro diagnostiku stavu izolačního systému turbogenerátorů, hydrogenerátorů a vn motorů (dále jen elektrických točivých strojů), a to jak s termoplastickou, tak s reaktoplastickou izolací. 11

Nástroje pro tvorbu expertního systému V dnešní době je většinou neefektivní programovat celý expertní systém od základů. Mnohem efektivnější je promyšlený výběr prázdného expertního systému (shell), nebo prostředí pro tvorbu expertních systémů. Tímto je výrazně zkrácena cesta k fungujícímu expertnímu systému, podstatně se sníží náklady na vývoj a v neposlední řadě se zvýší jeho kvalita. Na základě těchto poznatků je expertní systém ES založen na prázdném expertním systému ESTA, jehož jádro je vytvořeno v programovém prostředí Visual Prolog 6 [84]. Vlastnosti a prostředí expertního systému ES Jak již bylo řečeno dříve, ES vychází z prázdného expertního systému ESTA. Právě tato koncepce umožňuje, aby sloužil kromě samotného nástroje pro konzultaci, také jako prostředí pro editaci a vkládání nových znalostí do báze znalostí. Nejdůležitější vlastnosti ES jsou: podpora DDE (Dynamic Data Exchange) komunikace s jinými aplikacemi ve Windows, jako například MS Word, MS Excel; možnost odkazu na soubory s nápovědou systému Windows (přípona.hlp), čímž se otevírají možnosti, jak zvýšit věrohodnost expertízy. V ES byl tento nástroj využit pro nahlédnutí do rozsáhlé dokumentace o diagnostických metodách a kriteriálních hodnotách jednotlivých diagnostických zkoušek během samotné konzultace; umožňuje vložení obrázků do dialogu a podporuje tzv. klikací mapy, to znamená, že obrázek je rozdělen na několik částí a uživatel má možnost kliknutím na vybranou část ovlivnit směr, kam se bude další konzultace ubírat; automatická kontrola syntaxe báze znalostí při ukončení její editace; ES nabízí prostředky pro vysvětlení PROČ byla položena určitá otázka, nebo JAK dospěl k závěru. Na obr. 3 je znázorněno prostředí expertního systému ES. Jeho vzhled je typický pro všechny aplikace operačního systému Windows. V horní části obrazovky lze najít lištu nástrojů spolu s nabídkami, pod kterými jsou uschovány nástroje pro tvorbu a ladění báze znalostí i pro řízení průběhu konzultace. Spodní část slouží jako stavový řádek pro zobrazování informací o právě probíhajících akcích v expertním systému. Celá střední část slouží jako pracovní prostor, kde se zobrazují jednotlivá okna při tvorbě a editaci sekcí a parametrů. V této části se také zobrazují dialogová okna během vlastní konzultace. 12

Obr. 3 Prostředí expertního systému ES Báze znalostí Nejdůležitější částí expertního systému je báze znalostí (kapitola 2.1). Expertní systém ES tvoří 18 bází znalostí, uspořádaných do stromové struktury (obr. 4), pro každý elektrický točivý stroj a každý druh izolačního materiálu je vytvořena samostatná báze znalostí. Tento způsob tvorby báze znalostí, to znamená její rozdělení na menší funkční části, byl vybrán z důvodů větší přehlednosti a snadnější orientace v její struktuře. Při její konstrukci bylo vycházeno zejména z těchto zdrojů: české i mezinárodní technické normy, podnikové normy společnosti ČEZ, odborná literatura, výsledky konzultací s expertem. Již z vlastního principu expertního systému (platí zvláště pro pravidlové expertní systémy) je zřejmé, že kvalita vyvozovaných závěrů je závislá především na kvalitě znalostí zakódovaných v bázi znalostí znalostním inženýrem. Na obr. 4 je znázorněna struktura bází znalostí expertního systému ES pro turbogenerátory, u ostatních elektrických točivých strojů je struktura stejná. Jak je patrné z obr. 4, každý elektrický stroj je rozdělen podle provozního stavu, tzn. zda je stroj nový a je uváděn do provozu, zda jsou diagnostické metody prováděny po předepsané době stroje v provozu, nebo zda je stroj diagnostikován před opravou nebo před uvedením do provozu po opravě. Pro každý provozní stav (nový, v provozu, před a po opravě), byl podle literatury [77] stanoven soubor předepsaných diagnostických metod, na základě kterého expertní systém provádí ohodnocení stavu izolačního systému elektrického točivého stroje. Tyto soubory obsahuji diagnostické metody z tab. 1. 13

Nový stroj.kb Termoplastic ká izolace.kb Stroj v provozu.kb Turbogenerá tor.kb Stroj před a po opravě.kb Nový stroj.kb Reaktoplastic ká izolace.kb Stroj v provozu.kb Elektrický stroj.kb Hydrogenerá tor.kb...... Stroj před a po opravě.kb... Vn motor.kb... Obr. 4 Báze znalostí expertního systému ES Průběh konzultace Konzultace uživatele s expertním systémem ES probíhá podle schématu na obr. 5. DB výsledků konzultací Výběr elektrického stroje Typ izolačního materiálu Stav elektrického stroje Konzultace z formuláře Konzultace diagnostických metod Závěr za všechny metody Dílčí závěry z jednotlivých metod Obr. 5 Průběh konzultace v expertním systému ES Nejdříve je nutné zvolit elektrický stroj, který bude předmětem konzultace, potom je potřeba vybrat druh izolačního materiálu vinutí tohoto stroje a nakonec je nutné zadat, zdali se jedná o nový stroj, stroj po opravě nebo stroj v provozu. Po zadání těchto nezbytných údajů si uživatel zvolí z dialogového okna (obr. 6) způsob, jakým by chtěl provést konzultaci stavu izolačního systému stroje. Po vygenerování závěrečné expertízy jsou ohodnocené parametry uloženy do souboru, aby na jejich základě mohla být kdykoli zopakována konzultace. Konzultaci lze v expertním systému ES provést třemi způsoby: a) pomocí vstupního formuláře, b) zpracováním celého souboru předepsaných diagnostických metod, c) možností použití diagnostických metod jednotlivě. 14

1 2 3 4 5 Obr. 6 Dialogové okno pro volbu diagnostických metod Na obr. 6 je zobrazeno dialogové okno s nabídkou, kde si může uživatel zvolit, jakým způsobem by chtěl provést konzultaci stavu izolačního systému stroje. Jednotlivé sekce v nabídce mají následující význam: 1 po výběru této položky budou načteny hodnoty diagnostických parametrů z formuláře a bude vygenerováno závěrečné doporučení, bez dialogu s uživatelem; 2 spustí se konzultace celého souboru diagnostických metod, expertní systém komunikuje s uživatelem pomocí dialogových oken, na základě zadaných parametrů je vygenerováno závěrečné doporučení; 3 uživatel má možnost zvolit si konkrétní diagnostickou metodu a provést konzultaci pouze pro tuto metodu. Expertní systém komunikuje s uživatelem pomocí dialogových oken, je vygenerováno doporučení hodnotící pouze vybranou diagnostickou metodu. (D) znamená, že se jedná o doplňkovou zkoušku; 4 po výběru této položky bude zobrazen konečný výsledek poslední provedené konzultace; 5 po výběru této položky se otevře okno nápovědy, které slouží jako zdroj informací o použitých diagnostických metodách obsahuje i seznam kriteriálních hodnot všech vyhodnocovaných diagnostických parametrů. Jakmile jsou jedním ze způsobů výše zadány vstupní hodnoty, inferenční mechanismus tyto hodnoty porovná s kriteriálními hodnotami, které jsou obsaženy v pravidlech báze znalostí. Příklad: Pravidlo, ve kterém je porovnáván parametr obsahující numerickou hodnotu zadanou uživatelem, může vypadat následovně: if vyboje_odstavka_provoz = 'option_2' AND vyboje_q > 10000 AND vyboje_q <= 30000 (assign cast_vyboje := 'VYHOVUJE', assign vyboje_pomoc = 1) 15

Toto pravidlo je splněno, pokud se hodnota částečných výbojů nachází v rozmezí 10 000 pc a 30 000 pc, pokud tomu tak je, provede se jeho důsledková část pravidla (v závorce). V tomto případě to znamená, že se nastaví příznakový parametr na hodnotu VYHOVUJE a pomocný příznakový parametr na hodnotu 1. Na základě příznakových parametrů se pak v bázi znalostí aktivují další pravidla vedoucí ke konečnému vyhodnocení konzultace. Expertní systém ES je schopen vygenerovat dva druhy konečných doporučení: 1. Konečná doporučení za jednotlivé diagnostické metody. 2. Konečná doporučení za celý soubor předepsaných diagnostických metod. Tato spolu velice úzce souvisí, neboť na základě doporučení z jednotlivých diagnostických metod (obr. 7) je generováno doporučení za celý soubor diagnostických metod. 1 2 3 4 Obr. 7 Okno s konečným doporučením pro vybranou diagnostickou metodu Vlastní obsah konečných doporučení má následující strukturu (obr. 7): 1 název hodnocené diagnostické metody; 2 seznam parametrů diagnostické metody a výsledky porovnání s kriteriálními hodnotami; 3 slovní zhodnocení porovnání parametrů diagnostické metody s kriteriálními hodnotami; 4 konečné doporuční týkající se stavu izolačního systému. Je zřejmé, že jedním z požadavků na expertní systém je i zpětná reprodukovatelnost a záloha provedených konzultací. ES nabízí dva způsoby řešení tohoto problému: a) ukládání celého průběhu konzultace do textového souboru, b) ukládání parametrů konzultace do souboru. 16

4.2 VERIFIKACE EXPERTNÍHO SYSTÉMU ES Datový soubor Aby mohl expertní systém plnit svoji funkci rádce, musí být funkční z hlediska programového i z hlediska vyvozování korektních závěrečných hypotéz. Soubor vstupních hodnot expertního systému ES, pro ověření těchto požadavků, je tvořen hodnotami diagnostických parametrů (tab. 1), které byly naměřené na elektrickém stroji při plánovaných odstávkách v intervalu měření 1, 2 nebo 3 roky. Tento soubor hodnot, na kterém jsou ověřeny vyvozovací schopnosti expertního systému ES je různorodý, neboť pro jejich získání bylo použito několik různých, na sobě nezávislých diagnostických metod. Měření probíhala navíc na třech fázích statoru elektrického stroje, což znamenalo další nárůst tohoto datového souboru. Pro odhalení závislostí mezi jednotlivými hodnotami diagnostických parametrů a jejich vlastností byla provedena statistická analýza, která zahrnovala analýzu rozptylů jedné proměnné (ANOVA1), regresní analýzu a korelační analýzu. Výsledky statistické analýzy: Statistická analýza výběru dokázala časovou závislost jednotlivých diagnostických parametrů, čehož se dá využít zejména při predikci. Dále byla prokázaná lineární závislost mezi jednotlivými diagnostickými parametry, což by mohlo pomoci při vyhodnocování diagnostických zkoušek. Z analýzy rozptylu jedné proměnné vyplynulo, že je možné při analýze celého datového souboru vycházet pouze z jedné, libovolně zvolené fáze. Konzultace provedená expertním systémem ES Pro ověření vyvozovacích schopností bylo provedeno ohodnocení stavu izolačního systému elektrického stroje pomocí vybraných diagnostických metod pro stroj po opravě. Během konzultace byly vyhodnocovány hodnoty následujících parametrů diagnostických metod: a) měření izolačního odporu a výpočet polarizačního indexu statorového vinutí, izolační odpor R iz [MΩ], polarizační index jednominutový P i60 [-], polarizační index desetiminutový P i600 [-], b) měření kapacity a ztrátového činitele statorového vinutí na napětí, ztrátový činitel tgδ[-], kapacita C[µF], časová konstanta τ[s], c) měření závislosti izolačního odporu na stejnosměrném napětí, izolační odpor R i [MΩ], d) zkouška přiloženým stejnosměrným napětím, izolační proud I[µA]. Po spuštění expertního systému byl v dialogu zvolen typ stroje hydrogenerátor s reaktoplastickou izolací po opravě. Poté byly z nabídky (obr. 6) postupně prováděny vybrané diagnostické metody, přičemž průběh konzultace byl zaznamenáván do textového souboru. V následující části je proveden výpis obsahu textového souboru s konzultací vybrané fáze V statoru elektrického stroje. Pro plnou srozumitelnost textu jsou zde vysvětleny syntaktické jevy, jenž se v tomto zápisu objevují: ES: - uvozuje dialog, nebo dotaz, který je iniciovaný ze strany expertního systému směrem k uživateli. Za dvojtečkou následuje otázka položená uživateli a poté může následovat výběr ze seznamu. Jednotlivé položky výběru jsou vždy uvozeny hranatými závorkami a jsou mezi sebou odděleny uvozovkami. 17

Uzivatel: - za dvojtečkou následuje vždy odpověď, kterou zadal uživatel. DOPORUCENI: - značí část kde je zobrazeno konečné doporučení vyvozené expertním systémem na základě dialogu s uživatelem. Hvězdičky slouží jako optické oddělení od ostatního textu. ES: Zvolte diagnostickou metodu pro stroj, který je před opravou, nebo už po opravě. ["Načtení formuláře a provedení vybraných metod.", "Všechny předepsané diagnostické metody.", "1) Vizuální kontrola statorového vinutí.", "2) Izolační odpor + Polarizační index statorového vinutí.", "3) Izolační odpor + Polarizační index rotorového vinutí.", "4) Závislost izolačního odporu na stejnosměrném napětí.", "5) Kapacita, ztrátový činitel, časová konstanta statorového vinutí.", "6) Měření částečných výbojů statorového vinutí galvanickou metodou.", "7) Zkouška statorového vinutí stejnosměrným napětím. ", "Závěrečná expertíza po provedení předepsaných metod.", "Přehled metod pro diagnostiku elektrických točivých strojů", "Konec konzultace a návrat na začátek ES."] Uzivatel: 2) Izolační odpor + Polarizační index statorového vinutí. ES: MĚŘENÍ IZOLAČNÍHO ODPORU PO DESETI MINUTÁCH Jaká je hodnota jmenovitého napájecího napětí stroje? ["Napájecí napětí Un =< 10 kv ", "Napájecí napětí Un > 10 kv "] Uzivatel: Napájecí napětí Un > 10 kv ES: MĚŘENÍ IZOLAČNÍHO ODPORU PO DESETI MINUTÁCH Zadejte hodnotu izolačního odporu měřeného po deseti minutách Riz600[MOhm]. Nápověda: - pokud tuto hodnotu neznáte, zadejte 0(nula), - hodnoty by se měly pohybovat v rozmezí stovek [MOhm], (zadávejte ve tvaru 100, 200, 900 atd.). Uzivatel: 9500 ES: POLARIZAČNÍ INDEX JEDNOMINUTOVÝ Pi60 Jaký je čitatel Riz60 ve vzorci pro výpočet polarizačního jednominutového indexu i60=riz60/riz15. Nápověda: - hodnoty by se měly pohybovat v rozmezí stovek až tisíců [MOhm], (zadávejte ve tvaru 100, 200, 2000 atd.). Uzivatel: 590 ES: POLARIZAČNÍ INDEX JEDNOMINUTOVÝ Pi60 Jaký je jmenovatel Riz15 ve vzorci pro výpočet polarizačního jednominutového indexu Pi60=Riz60/Riz15. Nápověda: - hodnoty by se měly pohybovat v rozmezí stovek až tisíců [MOhm], (zadávejte ve tvaru 100, 200, 2000 atd.). Uzivatel: 140 18

DOPORUCENI: ********************************************************************************************************* Vyhodnocení MĚŘENÍ IZOLAČNÍHO ODPORU STATOROVÉHO VINUTÍ. 1) Izolační odpor po 10-ti minutách Riz600 [MOhm]. - výsledek zkoušky: VYHOVUJE 2) Polarizační jednominutový index Pi60[-]. - Pi60=Riz60/Riz15 = 4.214285714285714 - výsledek zkoušky: VYHOVUJE 3) Polarizační desetiminutový index Pi600[-]. - Pi600=Riz600/Riz60 = 16.10169491525424 - výsledek zkoušky: VYHOVUJE Vypočtená hodnota jednominutového polarizačního indexu Pi60 naznačuje, že izolace je ČISTÁ A SUCHÁ. Na základě zadaných informací lze konstatovat, že izolační odpor po deseti minutách Riz600 VYHOVUJE kriteriím diagnostiky izolačního systému pro stroj před a po opravě. ZÁVĚR METODY: - Izolační soustava splňuje předepsané požadavky pro tuto metodu. ********************************************************************************************************* ES: Zvolte diagnostickou metodu pro stroj který je před opravou, nebo už po opravě. ["Načtení formuláře a provedení vybraných metod.", "Všechny předepsané diagnostické metody.", "1) Vizuální kontrola statorového vinutí.", "2) Izolační odpor + Polarizační index statorového vinutí.", "3) Izolační odpor + Polarizační index rotorového vinutí.", "4) Závislost izolačního odporu na stejnosměrném napětí.", "5) Kapacita, ztrátový činitel, časová konstanta statorového vinutí.", "6) Měření částečných výbojů statorového vinutí galvanickou metodou.", "7) Zkouška statorového vinutí stejnosměrným napětím. ", "Závěrečná expertíza po provedení předepsaných metod.", "Přehled metod pro diagnostiku elektrických točivých strojů", "Konec konzultace a návrat na začátek ES."] Uzivatel: 5) Kapacita, ztrátový činitel, časová konstanta statorového vinutí. ES: MĚŘENÍ KAPACITY Zadejte hodnotu kapacity vinutí nového stroje v [mikrof]. Tato hodnota je důležitá pro ověření kritéria kapacity, pro které platí, že kapacita měřeného stroje musí ležet v intervalu (-15%;+15%) kapacity nového stroje. Nápověda: - zadávejte ve tvaru 0.01, 0.1, 1.1 atd., - pokud tuto hodnotu neznáte, zadejte 0 (nula). Uzivatel: 1.0913 ES: MĚŘENÍ KAPACITY Zadejte hodnotu kapacity vinutí měřeného stroje v [mikrof] při 100%Un. Tato hodnota je důležitá pro ověření kritéria kapacity, pro které platí, že kapacita měřeného stroje musí ležet v intervalu (-15%;+15%) kapacity nového stroje. 19

Nápověda: - zadávejte ve tvaru 0.01, 0.1, 1.1 atd., - pokud neznáte tuto hodnotu, zadejte 0(nula). Uzivatel: 1.067 ES: MĚŘENÍ KAPACITY A ZTRÁTOVÉHO ČINITELE Zadejte hodnotu ztrátového činitele tgd při napětí Un[V]. Nápověda: - hodnota by neměla být větší než 0,035, - pokud nebyla hodnota změřena, nebo ji neznáte, zadejte -1. Uzivatel: 0.0268 ES: MĚŘENÍ KAPACITY A ZTRÁTOVÉHO ČINITELE Zadejte hodnotu ztrátového činitele tgd při napětí 0,2Un[V]. Nápověda: - hodnota by neměla být větší než 0,025, - pokud nebyla hodnota změřena, nebo ji neznáte, zadejte -1. Uzivatel: 0.0191 ES: MĚŘENÍ KAPACITY A ZTRÁTOVÉHO ČINITELE Zadejte hodnotu ztrátového činitele tgd v intervalu napětí (0,6Un-0,2Un). Nápověda: - hodnota by neměla být větší než 0,004, - pokud nebyla hodnota změřena, nebo ji neznáte, zadejte -1. Uzivatel: 0.00100 ES: MĚŘENÍ IZOLAČNÍHO ODPORU PO DESETI MINUTÁCH Zadejte hodnotu izolačního odporu měřeného po deseti minutách Riz600[MOhm]. Nápověda: - pokud tuto hodnotu neznáte, zadejte 0(nula), - hodnoty by se měly pohybovat v rozmezí stovek [MOhm], (zadávejte ve tvaru 100, 200, 900 atd.). Uzivatel: 9500 DOPORUCENI: ********************************************************************************************************* Vyhodnocení MĚŘENÍ KAPACITY, ZTRÁTOVÉHO ČINITELE A ČASOVÉ KONSTANTY STATOROVÉHO VINUTÍ. 1) Kapacita statorového vinutí C[µF]. - kapacita stroje musí být v tomto intervalu (0.927605;1.254995) - výsledek zkoušky: VYHOVUJE 2) Ztrátový činitel tgd[-]. - výsledek zkoušky tgdun: VYHOVUJE - výsledek zkoušky tgd0,2un: VYHOVUJE - výsledek zkoušky tgd0,6un-tgd0,2un: VYHOVUJE 3) Časová konstanta Tau[s]. - výsledek zkoušky: 10136.5 Ze zadaných parametrů bylo zjištěno, že všechny parametry VYHOVUJÍ kriteriím diagnostiky izolačního systému pro stroj před a po opravě. 20

Časová konstanta Tau - pomocný parametr: jestliže je časová konstanta Tau, v řádech tisíců nebo desetitisíců sekund, pak lze usuzovat na dobrou kvalitu izolace. Jestliže je časová konstanta Tau, v řádech desítek nebo stovek sekund, pak lze usuzovat na degradovanou izolaci. Při silně degradované izolaci se hodnota Tau pohybuje kolem 10 sekund. ZÁVĚR METODY: - Doporučuje se další provoz stroje. ********************************************************************************************************* ES: Zvolte diagnostickou metodu pro stroj, který je před opravou, nebo už po opravě. ["Načtení formuláře a provedení vybraných metod.", "Všechny předepsané diagnostické metody.", "1) Vizuální kontrola statorového vinutí.", "2) Izolační odpor + Polarizační index statorového vinutí.", "3) Izolační odpor + Polarizační index rotorového vinutí.", "4) Závislost izolačního odporu na stejnosměrném napětí.", "5) Kapacita, ztrátový činitel, časová konstanta statorového vinutí.", "6) Měření částečných výbojů statorového vinutí galvanickou metodou.", "7) Zkouška statorového vinutí stejnosměrným napětím. ", "Závěrečná expertíza po provedení předepsaných metod.", "Přehled metod pro diagnostiku elektrických točivých strojů", "Konec konzultace a návrat na začátek ES."] Uzivatel: 4) Závislost izolačního odporu na stejnosměrném napětí. ES: MĚŘENÍ ZÁVISLOSTI IZOLAČNÍHO ODPORU NA Uss Došlo k výraznému poklesu izolačního odporu Riz600 ještě před tím, než bylo dosaženo napěťové hladiny 1,5 násobku jmenovitého sdruženého napětí? U všech elektrických strojů MUSÍ na všech napěťových hladinách stoupat (nesmí VÝRAZNĚ klesat) izolační odpor Riz600 do výše 1,5 násobku jmenovitého sdruženého napětí. Nápověda: - pokud je izolační odpor konstantní, nebo začne klesat u napěťové hladiny blízké jmenovitému napětí a jeho pokles není výrazný, považuje se toto za vyhovující z hlediska dalšího provozu elektrického stroje, - klesá-li izolační odpor strmě ještě před dosažením hodnoty napěťové hladiny blízké jmenovitému napětí stroje, pak je to známka nevyhovující izolace z hlediska dalšího provozu elektrického stroje. ["Ne, NEDOŠLO k výraznému poklesu izolačního odporu Riz600.", "Ano, DOŠLO k výraznému poklesu izolačního odporu Riz600. ", "Tento parametr nebyl zjištěn."] Uzivatel: Ne, NEDOŠLO k výraznému poklesu izolačního odporu Riz600. DOPORUCENI: ********************************************************************************************************* Vyhodnocení MĚŘENÍ ZÁVISLOSTI IZOLAČNÍHO ODPORU NA STEJNOSMĚRNÉM NAPĚTÍ. Napěťová závislost izolačního odporu Riz600[MOhm]. - výsledek zkoušky: VYHOVUJE 21

Na základě zadaných informací lze konstatovat, že napěťová závislost izolačního odporu Riz600 VYHOVUJE kriteriím diagnostiky izolačního systému pro stroj před a po opravě. ZÁVĚR METODY: - Doporučuje se další provoz stroje. ********************************************************************************************************* ES: Zvolte diagnostickou metodu pro stroj, který je před opravou, nebo už po opravě. ["Načtení formuláře a provedení vybraných metod.", "Všechny předepsané diagnostické metody.", "1) Vizuální kontrola statorového vinutí.", "2) Izolační odpor + Polarizační index statorového vinutí.", "3) Izolační odpor + Polarizační index rotorového vinutí.", "4) Závislost izolačního odporu na stejnosměrném napětí.", "5) Kapacita, ztrátový činitel, časová konstanta statorového vinutí.", "6) Měření částečných výbojů statorového vinutí galvanickou metodou.", "7) Zkouška statorového vinutí stejnosměrným napětím. ", "Závěrečná expertíza po provedení předepsaných metod.", "Přehled metod pro diagnostiku elektrických točivých strojů", "Konec konzultace a návrat na začátek ES."] Uzivatel: 7) Zkouška statorového vinutí stejnosměrným napětím. ES: MĚŘENÍ PROUDU PROTÉKAJÍCÍHO IZOLAČNÍM SYSTÉMEM Zadejte hodnotu proudu protékajícího izolačním systémem I15 [mikroa] po 15 sekund. Nápověda: - pokud tuto hodnotu neznáte, zadejte 0(nula), - hodnoty by se měly pohybovat v rozmezí desítek a stovek [mikroa], (zadávejte ve tvaru 10, 200, 900 atd.). Uzivatel: 220 ES: MĚŘENÍ PROUDU PROTÉKAJÍCÍHO IZOLAČNÍM SYSTÉMEM Zadejte hodnotu proudu protékajícího izolačním systémem I60[mikroA] po 60 sekund. Nápověda: - pokud tuto hodnotu neznáte, zadejte 0(nula), - hodnoty by se měly pohybovat v rozmezí desítek a stovek [mikroa], (zadávejte ve tvaru 10, 200, 900 atd.). Uzivatel: 80 DOPORUCENI: ********************************************************************************************************* Vyhodnocení ZKOUŠKY STATOROVÉHO VINUTÍ STEJNOSMĚRNÝM NAPĚTÍM. Zkouška statorového vinutí stejnosměrným napětím. - výsledek zkoušky: VYHOVUJE Ze zadaných informací při konzultaci plyne, že statorové vinutí VYHOVUJE kriteriím diagnostiky izolačního systému pro stroj před a po opravě. ZÁVĚR ZKOUŠKY: - Izolační soustava statorového vinutí splňuje všechny předepsané požadavky pro tuto zkoušku, protože bylo zjištěno že proud protékající izolačním systémem po dobu zkoušky neroste. - Je doporučeno další diagnostická měření provádět ve stanovených intervalech. 22

Jak plyne ze závěrů generovaných expertním systémem, všechny zadané hodnoty diagnostikovaných parametrů vybraných diagnostických metod vyhovují předepsaným kritériím pro tento typ elektrického stroje s reaktoplastickou izolací. Na základě toho lze vyvodit následující závěr za všechny metody: izolační systém statoru hydrogenerátoru s reaktoplastickou izolací byl v době měření ve stavu, kdy všechny hodnocené parametry jeho tří fází vyhovují hodnotám předepsaným normou ČSN 35 0000. Proto se doporučuje normální povoz stroje a další diagnostická měření provádět ve stanovených intervalech. Obr. 8 Závěrečné ohodnocení izolačního systému statorového vinutí vytvořený zkušební laboratoří Porovnáme-li závěr vytvořený zkušební laboratoří (obr. 8) a závěr vyvozený na základě expertízy provedené expertním systémem ES můžeme konstatovat, že tyto se shodují. V disertační práci byly provedeny konzultace všech fází statoru elektrického stroje způsoby, které umožňuje expertní systém ES (zadáním vstupních hodnot v dialogu s expertním systémem, zadáním vstupních hodnot načtením z formuláře, ohodnocením izolačního systému elektrického stroje předepsaným souborem diagnostických zkoušek pro stroj po opravě). Průběhy konzultací jsou uvedeny v přílohách disertační práce. Na základě provedených konzultací bylo potvrzeno, že expertní systém ES je schopen vyvozovat podobné závěry, jako kvalifikovaný pracovník zkušební laboratoře. Samozřejmě je nutno vzít do úvahy fakt, že expertní systém ES hodnotí stav izolačního systému elektrického stroje z kvantitativního hlediska, to znamená, že hodnotí velikost na základě porovnání naměřené hodnoty s kriteriální hodnotou a na základě toho je schopen určit stav izolačního systému v době měření. Neprovádí expertízu na základě kvalitativního ohodnocení. Proto není schopen například porovnat výboje v jednotlivých drážkách mezi sebou a vybrat ty drážky, ve kterých úroveň částečných výbojů výrazně převyšuje průměrnou hodnotu úrovně výbojové činnosti prošetřované fáze či celého vinutí stroje. Nedokáže také regulérně vyhodnotit plochost křivky ztrátového činitele v závislosti na čase. Toto prozatím zůstává na kvalifikovaném pracovníkovy zkušební laboratoře. I přes tento nedostatek se expertní systém jeví jako dobrý nástroj pro ohodnocování stavu izolačního systému elektrických strojů. 23

5 PŘÍNOS PRÁCE V teoretické části práce byl proveden rozbor této problematiky: 1. Aspektů technické diagnostiky a diagnostických metod používaných v současné praxi. 2. Základů expertních systémů a práce se znalostmi. 3. Práce se znalostmi pomocí logiky. Na teoretickou část úzce navazuje část experimentální, která je zaměřená na: 1. Analýzu souboru s daty pomocí vybraných statistických metod. 2. Výběr vhodného nástroje pro realizaci diagnostického expertního systému. 3. Realizaci diagnostického expertního systému. 4. Ověření funkce inferenčního mechanismu. Za původní lze v práci považovat: 1. Tvorbu a realizaci diagnostického expertního systému. 2. Verifikaci expertního systému na reálných datech synchronního generátoru. Není mi známo, že by tato problematika byla uvedeným způsobem řešena. 6 ZÁVĚR Předkládaná disertační práce pojednává o možnosti využití expertního systému jako jedné z metod umělé inteligence v diagnostice stavu izolačního systému elektrických točivých strojů. Po teoretickém shrnutí poznatků o nejčastěji používaných metodách pro diagnostiku izolačních systémů elektrických strojů, byla pozornost zaměřena na umělou inteligenci a v tomto případě na expertní systémy. Byl proveden podrobnější teoretický rozbor jejich struktury a principů práce se znalostmi. Na teoretickou část úzce navazuje část experimentální, ve které je těžištěm praktický návrh expertního sytému, jehož úkolem je ohodnocení aktuálního stavu izolačního systému elektrických točivých strojů. Po výběru vhodného nástroje byl vytvořen pravidlový expertní systém s názvem ES. Jeho vyvozovací schopnosti byly ověřeny porovnáním závěrečných doporučení vygenerovaných expertním systémem se závěry zkušebních zpráv vytvořených odborným pracovníkem zkušební laboratoře. Vstupní hodnoty, na základě kterých vyvozoval expertní systém závěrečné hypotézy, pocházely ze souboru hodnot diagnostických parametrů, naměřených během života pomaloběžného synchronního generátoru. Jejich výběr byl učiněn na základě provedené statistické analýzy, která zahrnovala analýzu rozptylů jedné proměnné (ANOVA1), regresní analýzu a korelační analýzu. Realizace expertního systému je stěžejním přínosem této práce, neboť oproti současným zvyklostem usnadňuje a zefektivňuje proces ohodnocení stavu izolačního systému elektrických točivých strojů. Expertní systém vytvořený na našem školícím pracovišti je schopen automaticky provést porovnání kriteriálních hodnot jednotlivých diagnostických parametrů s hodnotami naměřenými. Na základě toho poté dokáže vygenerovat závěrečné doporučení. Z doposud získaných výsledků plyne, že expertní systém se jeví být vhodným nástrojem pro ohodnocování aktuálního stavu izolačních systémů elektrických točivých strojů. Během jeho tvorby bylo zároveň prokázáno, že kvalita vyvozených závěrů je silně závislá na kvalitě znalostí, a zejména výskytu heuristických znalostí, zakódovaných v expertním systému. Předkládaná práce tvoří základ pro další výzkum systémů se znalostní bází, aplikovaných v diagnostice izolačních materiálů elektrických strojů na našem školícím pracovišti. Zejména pak těch, které v sobě kombinují schopnosti predikce (neuronové sítě) a zpracování rozsáhlých datových struktur (algoritmy strojového učení). 24

V předložené práci byly použity ke statistické analýze datového souboru programové produkty STATGRAPHICS firmy Statistical Graphics Corp. a STATISTICA 6 firmy Statsoft. Pro tvorbu expertního systému ES bylo použito vývojové prostředí Visual Prolog 6.3 firmy Visual Development Center. Tato disertační práce je řešena v rámci výzkumného záměru MSM4977751310 Diagnostika interaktivních dějů v elektrotechnice a grantového úkolu GAČR 102/03/0621 Ireverzibilní procesy v elektroizolačních materiálech pro vysoké teploty, kde je naše pracoviště spoluřešitelem. 25

7 POUŽITÁ LITERATURA [1] AMBLE, T.: Logic programming and knowledge engineering. New York: Addison- Wesley, 1987. [2] ANDĚL, J.: Matematická statistika. Praha: SNTL, 1985. [3] ARTBAUER, J., ŠEDOVIČ, J., ADAMEC, V.: Izolanty a izolácie. Bratislava: ALFA, 1969. [4] BAROŠ, M.: Příspěvek k problematice diagnostiky izolačních materiálů. Ph.D. Thesis. Brno: VUT, FSI, 2003. [5] BARTÁK, A., MRAVINAČ, L., NEUMANN, J.: Diagnostika poruch izolací elektrických strojů. Praha: SNTL, 1984. ISBN 04-523-84. [6] BERKA, P.: Tvorba znalostních systémů. Praha: VŠE, 1994. ISBN 80-7079-676-9. [7] BRATKO, I.: PROLOG Programming for Artificial Ineligence. New York: Addison- Wesley, 1986. [8] BROOKE, T.: The Art of Produkcion System. AI Expert, January 1992. [9] COLE, K.S, COLE, R.H.: Dispersion and Absorption in Dielectrics. New York: J. Chem. Phys., 1941. [10] DVOŘÁK, J.: Expertní systémy. Sylaby přednášek z předmětu expertní systémy. Brno: FSI VUT, 2003. [11] EGERMAYER, F., BOHÁČ, M.: Statistika pro techniky. SNTL, Praha, 1984. [12] FEIGENBAUM, E.A.: Themes and Case Studies of Knowledge Engineering. In: Michic, D. (ed.): Expert Systems in the Micro-Electronic Age. Edinburg University Press, 1979. [13] HABIBALLA, H.: PROLOG. Studijní opora. Olomouc: PF OU, 2003. [14] HAMMER, M.: Příspěvek k problematice stejnosměrných diagnostických metod. Kandidátská disertační práce. Brno: VUT, 1986. [15] HAMMER, M.: Citlivost diagnostických metod pro izolační systémy elektrických strojů. Elektro, 10, 2000, s. 8 9. ISSN 1210 0889. [16] HAMMER, M.: Nové pohledy na diagnostiku izolačních systémů elektrických strojů točivých. Elektro, 7, č. 3, 1997, s. 83-84. ISSN 1210 0889. [17] HAMMER, M.: Composite Material Property Evaluation by Structural Methods. International Conference on Advances in Processing, Testing and Application of Dielectric Materials APTADM"2001".In: Electrotechnical Review,Wroclaw- Poland 2001, pp.151-153. [18] HEBÁK, P., HUSTOPECKÝ, J.: Vícerozměrné statistické metody s aplikacemi. Praha: SNTL/ALFA, 1987. [19] HLÁVKA, J.: Diagnóza elektrické izolace na základě měření odporu.zpráva EZU. Praha, 1978. [20] JANÍČEK, P., ONDRÁČEK, E.: Řešení problémů modelováním. Skriptum FSI VUT v Brně, 1998. [21] JANOUŠEK, I., KOZÁK, J., TARABA, O.: Technická diagnostika. Praha: Nakladatelství SNTL, 1998. 26