Diagnostyka

Serwisujący samochody czytają po pracy na temat nowych technik w przemyśle i niesamowitego postępu w informatyce. Czasami można odnieść wrażenie, że my w tym rozwoju nie uczestniczymy, że jesteśmy gdzieś z boku. Nic bardziej mylnego – w rzeczywistości dotykamy tę nowoczesność codziennie. Ale wśród nas są też różnice. Niektórzy mechanicy z biegiem lat nie chcą się uczyć, na pewnym etapie kariery zawodowej stają się wymieniaczami części. Inni z kolei z zapałem uczą się nowych technik i przeprowadzają różne doświadczenia. Do obrania właśnie tej drogi zachęcam – do uczenia się, wykonywania symulacji w samochodzie i na stole warsztatowym.

Kilka wyjaśnień na temat symulacji. Najprostsza polega na zastąpieniu oryginalnej części lub warunków fizycznych czymś innym. Klasycznym przykładem jest zastąpienie czujnika temperatury dekadą oporników i przez to przekazywanie sterownikowi innych danych, niż są w rzeczywistości. Na przykład mamy silnik nagrzany, a podajemy informację sterownikowi, że silnik jest zimny. Widzimy wówczas reakcję sterownika w postaci zwiększenia dawki paliwa i odpowiedź silnika na tę dawkę. Zobaczymy, co się zmieni, jak będzie spalana za bogata mieszanka. Możemy zaobserwować, jak zachowują się sondy tlenu, katalizator oraz wiele innych procesów właściwych dla danego silnika i rodzaju elektronicznego sterowania. Przez porównanie wskazań czujnika obciążenia, jakim jest choćby przepływomierz, z kątem zapłonu lub początkiem wtrysku, a także innych parametrów związanych z wychodzącymi spalinami, czyli wartościami sondy lambda. Podczas takich symulacji zmieniają się adaptacje krótkoterminowe, a przede wszystkim długoterminowe. Zastanowienie się nad tymi parametrami uczy nas nie tylko techniki danego samochodu, ale ogólnie czym są i jak działają adaptacje. Im więcej takich doświadczeń zrobimy, im więcej będziemy zmieniać wartość temperatury, tym szybciej się nauczymy.

Jak widzimy na tych przykładach, symulacje polegają na zmianie parametrów, aby sprawdzić, jak modyfikacje te wpłyną na sterowanie. Zawsze trzeba zwrócić uwagę na adaptacje, ponieważ we współczesnej technice istnieje wiele zjawisk polegających na samouczeniu się. Sterowniki stale zmieniają swój program w wyniku obserwacji wskazań czujników. A jeżeli wskaźniki będą oszukiwać, to nie tylko proces technologiczny w danym momencie będzie zakłócony, ale i w przyszłości sterowanie będzie wadliwe. Procesy uczenia się pomagają w tuszowaniu pewnych drobnych uszkodzeń, na przykład małej nieszczelności w układzie dolotowym, ale też utrudniają diagnostykę osobom niezaawansowanym. Fachowiec, nie widząc błędów, potrafi właściwie odczytać wartości adaptacji, aby wyciągnąć odpowiednie wnioski. Na przykład jeżeli adaptacja dąży do wzbogacenia mieszanki, to znaczy, że mamy gdzieś nieszczelność albo któryś czujnik źle wskazuje. Jak widać, sami możemy przeprowadzać doświadczenia polegające na zrobieniu małej nieszczelności i wtedy zobaczyć, w jakim kierunku zmienią się adaptacje. Zresztą istnieje wiele różnych sposobów na eksperymenty prowadzące do wykrycia usterki, a z drugiej strony – do zrozumienia programu pracy sterownika.

Do tej pory omawialiśmy symulacje wykonywane bezpośrednio na samochodzie. Równie dobrze i skutecznie możemy przeprowadzać symulacje na stole. Możemy badać nie tylko pojedyncze elementy, możemy podłączać do zasilania całe sterowniki i obserwować, jak będą reagować na zmianę pewnych parametrów. Właśnie tak robią serwisanci naprawiający sterowniki. Na stole laboratoryjnym podłączają zasilanie i generator wytwarzający sygnały takie same, jak na przykład czujnik położenia wału. Nawet bez podłączania innych czujników i elementów wykonawczych sterownik zaczyna pracować w trybie awaryjnym. Elektronikowi to wystarczy, aby znaleźć uszkodzenia w sterowniku. Patrząc na pracę elektronika przy stole laboratoryjnym, widzimy, że to też są symulacje. Przecież sterownik nie pracuje w samochodzie, ale na stole, na którym symulujemy takie środowisko, jakie ma w samochodzie. Podłączanie napięcia do różnych urządzeń na stole to częsty widok w warsztacie. Trochę bardziej zaawansowani elektronicy idą dalej, na przykład podgrzewają procesor albo inne elementy w celu wywołania warunków, w których następuje przegrzanie. To przykłady, w jaki sposób powinno się pracować, aby sprawdzić naprawiane urządzenia i nie być zaskoczonym powrotem klienta po kilku dniach.

Przenieśmy się do komputera. W internecie jest wiele programów, w których możemy sami budować różne układy elektrotechniczne i elektroniczne, podać napięcie i odpowiednie sygnały, aby zaobserwować, jak taki układ będzie pracował. Zamiast samemu budować na stole, możemy zrobić to w internecie. Możemy swobodnie eksperymentować, niczego nie spalimy, niczego nie uszkodzimy, ale za to w naprawdę krótkim czasie możemy się bardzo dużo nauczyć. Nie zawsze musi być to program profesjonalny, w internecie jest wiele programów edukacyjnych. Na przykład na stronie falstad.com przechodzimy do circuit simulator i budujemy prawie dowolny układ. Z tego programu korzystają studenci, aby sprawdzić działanie fizyczne układu, a także wykonać obliczenia.
Na koniec możemy popatrzeć na symulacje w następujący sposób. Mamy obiekt rzeczywisty, czyli skomplikowany technicznie samochód. Mamy stół laboratoryjny, na którym możemy pojedyncze elementy badać i naprawiać.

I wreszcie mamy internet, gdzie możemy symulować pracę wielu urządzeń. A gdyby dokładnie odwzorować wybrany obiekt w programie? Możemy wówczas badać obiekt w rzeczywistości i równocześnie w programie. Do dyspozycji mamy dwa obiekty: jeden rzeczywisty, drugi w programie. Z jednego i z drugiego możemy się uczyć. Idąc dalej, nazwijmy ten drugi obiekt cyfrowym bliźniakiem. Właśnie to pojęcie jest modne w technice, która poszła jeszcze dalej. Te dwa bliźniaki można połączyć, aby współpracowały ze sobą, uczyły się nawzajem. Czyż nie jest to fascynujące?

Stanisław Mikołaj Słupski

Artykuł pochodzi z numeru 09/2021 miesięcznika "Nowoczesny Warsztat"