Experts systems and artificial intelligence applied to interpretation and diagnosis in complex mechatronics systems

Hi everybody, as you know I am Electronics engineer with a strong background in control systems, instrumentation and industrial automation and also I am finishing my masters degree in mechanical engineering, you know I love the mechatronics engineering and their role in the actual technical world, 

today I want to show you some of the results that I found in my masters thesis project called, "Design, implementation and evaluation of a expert systems applied for failure analysis in mechanical elements" (Axis, gears, bearings and boilers), in that thesis project I´m comparing three different inference engines as a artificial intelligence strategy for diagnosis and interpretation:

The finish document is here http://www.bdigital.unal.edu.co/45143/
And here there is a paper (you can download for free the pdf for the next 50 days) about this work published in the engineering failure analysis journal Science direct.
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1350630715001089

1. Clasic inference engine: based in modus tollens and modus ponens rules.

2. Fuzzy inference engine: Based on a previous comparation between sugeno and mamdani inference engines.

3. Bayesian inference engine, based on bayesian networks.

The system that I developed for axis has got 4 modules:Fracture, corrosion, wear and plastic modules.

Acordding to the different test that I did, I am very surprised because the bayesian inference engine have been the better behavior compares with the clasic and fuzzy inference engine, is amazing how the system solves complex cases of interpretation of evidence in many failure analysis process, Im  using a lot of failure analysis cases from the National University of Colombia (AFIS group have been resolved cases for many industries like Oil & gas, automotive and complex heavy industries).

At the end of my thesis ,probably 2 months, :)I will post the final results, this research project also could be implemented in other engineering fileds (instrumentation, automation and control systems) with amazing results.

I think that in the near future the applied cibernetics as artificial intelligence will be the win ticket for many companies thart spend a lot of money and time designing experts systems for their engineering optimization, honestly I think that artificial intelligence is the future for those industries.

Do you want to see a print screen of my system?

1. An example of bayesian network just for fracture module in axis:

2. Take a look around of the wear module, few questions are necesary to identify the failure mode, based in the knowledge base:  

3. After of the analysis according to the evidence for example for adhesive failure wear mode the system shows the following fault three analysis FTA.(for more information of FTA analsysis read the certified realiability engineer handbook)

The GUI was developed using Matlab/Simulink GUIDE (Bayesian and fuzzy) and C#+Amzi! Prolog (clasic inference). The work has been hard.

The most interesting result in this research masters project is the integration of a lot of my passions in one project as Electronics engineering, mechanical engineering, software develop and control systems, maintenance and reliability knowledge...

Some Oil & Gas companies are interested to implement this system in those industries for interpretation and diagnosis in their specific process (alarm management, Safety Instrumentation systems, control systems), I will be waiting for new challenges :)

Etapas de un proyecto de automatizacion industrial

A continuación un ejemplo de las etapas que componen un proyecto de automatización industrial:
Etapa I (Definicion del proyecto)
Actividades a realizar:
- Estudiar la viabilidad financiera y tecnica del proceso a automatizar.
Documentación
- Descripción del proceso
- Esquema del proceso
- Descripción de mejoras cualitativas

Etapa II (Definición General de dispositivos de campo )
Actividades a realizar:
- Identificar tipo de sensores y actuadotes necesarios para la totalidad del proceso, especificando si son digitales o analógicos y que variables miden o accionan. Calcular la cantidad necesaria de E/S digitales y analógicas para seleccionar luego el controlador.
- Identificar los elementos HMI necesarios. Descripción general de pupitres de comando, PC´s y otros elementos HMI a colocar
- Identificar las interfases de comunicación necesarias en cada dispositivo.
Documentación
-Esquema de ubicación de dispositivos de campo .
- Descripción general de HMI
- Listado de E/S y funciones de comunicación. .

Etapa III (Especificación y selección del controlador)
Actividades a realizar:
- Especificar las características técnicas del controlador necesario
- Realizar la gestión técnica de compras. Realizar la comparación entre los productos seleccionados indicando los pros y los contras de cada uno , teniendo en cuenta las funciones adicionales que ofrecen.
Documentación
- Especificación técnica
- Documentación de compras
- Listado de marcas y modelos disponibles
- Preselección de productos
- Ficha técnica de cada producto seleccionado


Etapa IV (Especificación y Selección de dispositivos de campo)
Actividades a realizar:
- Especificar las características técnicas de cada unos de estos elementos de acuerdo a la aplicación. Este es el tipo de documentación que se envía a un sector de compras para la adquisición de los equipos .
- Realizar la gestión técnica de compras de estos elementos . Realizar la comparación entre los productos seleccionados indicando los pros y los contras de cada uno igual que como se hizo con el controlador .
Documentación
Para cada uno de los elementos:
- Especificación técnica
- Documentación de compras
- Listado de marcas y modelos disponibles
- Preselección de productos
- Ficha técnica de cada producto

Etapa V (Programación del PLC)
Actividades a realizar:
- Seleccionar el lenguaje mas adecuado para la aplicación especifica (ladder o grafcet).
- Descripción detallada de las funciones que se automatizan , mediante diagrama de flujo , diagrama temporal, etc.
- Incluir un listado de todas las variables internas utilizadas , indicando su funciones y sus estados.
Documentación
- Descripción de funciones a programar
- Esquema de conexionado de entradas y salidas
- Descripción del programa
- Listado de instrucciones
- Listado de variables utilizadas
- Medio magnético con el programa.

Etapa VI (Comunicación, SCADA y HMI)
Actividades a realizar:
- Definición de las necesidades de comunicación con otros automatismos y con sistemas de supervisión, gestión y mantenimiento. Se debe indicar en cada caso para que se realiza la comunicación y cual es la interfase utilizada (lo mínimo a definir es el medio fisico, el protocolo y los equipos necesarios).
- Definición de las necesidades de supervisión. Descripción de las pantallas necesarias para la operación y mantenimiento (esta descripción se debe realizar en forma de esquema como documento de base para quien deba programar las pantallas).
- Selección del software de supervisión a utilizar.
Documentación
- Descripción de las necesidades de comunicación
- Esquemas de las pantallas de supervisión
- Selección de un software de supervisión comercial

La anterior es una propuesta que hace la ingeniería Fabiana Ferreria, miembro de la asociación argentina de Control Automático y directora del departamento de automatización y control de la universidad de Buenos Aires.

¿Que diferencias hay entre Ingenieria conceptual, basica y de detalle?

Si quieres saber ¿Que diferencias hay entre Ingeniería conceptual, básica y de detalle?... te ahorro la lectura y te lo explico en un video de 7 minutos.

Saludos.