Sähköisten signaalien käsittely ja datan analysointi laivan ohjausjärjestelmässä

Abstract

Tämän työn tarkoituksena on tutustua yleisellä tasolla Kongsberg Maritime Finland Oy:n toimittamaan laivan ohjausjärjestelmään ja muodostaa laskentamalleja järjestelmän propulsiolaitteen huoltotarpeen arvioinnin tueksi. Laskentamallien toiminta perustuu ohjausjärjestelmän sähköisten signaalien sisältämän datan käsittelyyn ja analysointiin, minkä takia työssä käsitellään myös matemaattista teoriaa digitaalisten signaalien käsittelyn taustalla ja erilaisten signaalien muodostumista sekä kulkeutumista ohjausjärjestelmän sisältämässä ohjelmistossa. Laskentamallien tarkoitus on laskea arvoja, jotka kuvaavat ohjausjärjestelmän käyttöä ja toimintaa. Ne eivät kuitenkaan kerro aina suoraan laitteeseen liittyvästä viasta, vaan laskettuja arvoja voidaan hyödyntää esimerkiksi järjestelmän käyttöä kuvaavan profiilin muodostamisessa ja havaitun vian syyn selvittämisessä.

Työ jakautuu käsittelyssä neljään osa-alueeseen: laivan ohjausjärjestelmän yleiseen esittelyyn, digitaalisten signaalien käsittelyn pohjana käytettyyn matematiikkaan eli propositiologiikkaan, laskentamallien pohjaksi tarvittavien sähköisten signaalien esittelyyn ja muodostettuihin laskentamalleihin. Laivan ohjausjärjestelmän tarkastelussa käytettiin pohjana kolmea Kongsberg Maritime Finland Oy:n toimittamaa laivan ohjausjärjestelmää, jolloin työn aineistona voitiin käyttää kyseisten projektien huoltomanuaaleja ja ohjelmistojen prosessikaavioita. Muuten työssä käytettiin aineistona matemaattiseen logiikkaan ja laivan propulsioon liittyvää kirjallisuutta.

Työssä käsiteltävät potkurilaitteet ovat kääntyviä potkurilaitteita eli niissä potkuri voi kääntyä kannattimensa ympäri 360 astetta. Potkurilaitteeseen liittyvät laskentamallit on työssä jaettu neljään osaan, joissa jokaisessa käsitellään laivan ohjailtavuutta ja kääntymistä hieman eri näkökulmasta. Ohjausjärjestelmästä tarkasteltavia kokonaisuuksia ovat laivan ohjauskahva, kääntönopeuden muutokset, ohjausputken tiivisteen kuluminen potkurilaitteen kääntökehällä ja autopilot-tila, jonka avulla laivaa voidaan ohjata helpommin myös pidemmillä matkoilla.

Laskentamallien avulla voidaan selvittää, miten ohjausjärjestelmää todellisuudessa käytetään. Laivan ohjauskahvalta saatavista tiedoista voidaan esimerkiksi laskea, kuinka paljon kahvaa on käännetty ja kuinka suurilla työnnön arvoilla laivaa yleensä ohjataan. Laivan kääntönopeuksiin liittyen laskentamalleissa tarkastellaan maksiminopeuden muutoksia verrattuna potkurilaitteiston käyttöönoton yhteydessä määritettyyn nopeuden maksimiarvoon. Ohjausputken tiivisteen kulumiseen liittyvissä laskentamalleissa puolestaan tarkastellaan potkurilaitteen kulkemaa matkaa kääntökehällä ja sitä, kuinka paljon potkurilaite kääntyy ilman asetettua komentoa eli ulkoisten tekijöiden vaikutuksesta. Autopilot-tilan lasketamalleissa päädyttiin tarkastelemaan, kuinka paljon autopilot-tilaa käytetään verrattuna laivan käyttötunteihin sekä millaisilla komennoilla ohjaus todellisuudessa tapahtuu.

Laskentamallien muodostamisessa on huomioitava erityisesti, mitä signaaleja laskentamallin pohjana käytetään. Signaaleista täytyy osata tarkastella, mitä ne todellisuudessa tarkoittavat, jotta laskentamallin avulla saadaan varmasti laskettua haluttu tulos. Toinen merkittävä asia on signaalien arvojen tarkastelu pitkällä aikavälillä. Tällöin voidaan huomata selkeämmin esimerkiksi osien kulumisesta johtuvien pienten muutosten vaikutus koko järjestelmän toimintaan.