Bachelor's Thesis

Measurement and visualisation of operating parameters of a high-speed machine using cDAQ

Final Thesis 1.91 MB Appendix 28.29 kB

Author of thesis: Tomáš Havel

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Jan Pokorný, Ph.D.

Reviewer: Ing. Ondřej Pavlík

Abstract:

This bachelor's thesis focuses on the design and implementation of a system for measuring and visualizing parameters in high-speed machines. The main parameters are speed, vibration and temperature, which are measured using the modular NI CompactDAQ system. The software part was implemented in the Python programming language using the Nidaqmx library for communication with the hardware. The Dash framework was chosen for interactive visualization of measured data in real time. The designed algorithm uses a multi-level architecture. Therefore, we are able to simultaneously collect data, process them and visualize them without any data loss. The system also includes data storage for postprocessing.

Keywords:

High-speed machines, multi-level architecture, measurement, NI CompactDAQ, Python, data visualization.

Date of defence

10.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaDznamka

Grading

D

Process of defence

Při obhajobě student nejprve prezentoval svoji bakalářskou práci, následně byly přečteny posudky a student odpovídal na dotazy oponenta. Poté byly členy komise položeny následující otázky: Jakým strojem bylo měřicí stanoviště poháněno a jakým způsobem byly měřeny teploty? Poznámka na přepočet RMS vibrací a rozdíl v klasifikaci uvedenou normou. Jak je řešena synchronizace měření jednotlivých kanálů z použitých měřicích karet? Jakého typu je použitý snímač otáček a jak je výstupní signál zpracováván? Čím je zajištěno přesné měření času na použité kartě? Na závěr byla obhajoba hodnocena jako uspokojivá.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Mechatronics (B-MET-P)

Composition of Committee

Ing. Martin Appel, Ph.D. (místopředseda)
doc. Ing. Radek Vlach, Ph.D. (člen)
Ing. Jan Pokorný, Ph.D. (člen)
Ing. Lubomír Houfek, Ph.D. (člen)
Ing. David Vlachý (člen)
Ing. Michal Bastl, Ph.D. (člen)
Ing. Stanislav Frolík, Ph.D. (člen)
Pplk. Ing. Radek Doskočil, Ph.D. (předseda)

Supervisor’s report
Ing. Jan Pokorný, Ph.D.

Bakalářská práce se věnuje návrhu a realizaci aplikace pro sběr, vizualizaci a vyhodnocení provozních parametrů vysokootáčkového stroje pomocí platformy cDAQ. Student vytvořil funkční aplikaci v prostředí Python umožňující měření vibrací, otáček a teplot, jejich online vizualizaci, ukládání dat a následný postprocessing. Pozitivně hodnotím zejména praktickou realizaci měřicího systému, práci s reálným hardwarem a implementaci metod používaných při diagnostice rotačních strojů, jako jsou FFT, RMS, orbitální a řádová analýza.

Práce však obsahuje i několik nedostatků. Rešeršní část je poměrně stručná a některé pokročilejší metody použité v programu nejsou v textu dostatečně vysvětleny ani technicky zdůvodněny. Chybí například vysvětlení principu Hilbertovy transformace nebo použití SOS reprezentace filtrů. Z programu i textu práce je rovněž patrné využití pokročilých softwarových postupů, jejichž rozsah naznačuje vyšší míru využití nástrojů AI, než je v práci deklarováno. V práci se dále objevují nepřesnosti v interpretaci výsledků, například spojování eliptického tvaru orbitu s nevyvážeností rotoru. Výhradu mám také k části online vyhodnocení, kde je FFT spektrum po výpočtu dále redukováno a vyhlazováno. Tento postup sice zjednodušuje vizualizaci, ale současně vede ke ztrátě části diagnosticky významné informace obsažené v amplitudách a poloze spektrálních složek. Z takto upravených dat je následně prováděna řádová analýza, což nepovažuji za vhodné řešení.

Student pracoval převážně samostatně a splnil stanovené cíle práce. Současně bych však uvítal větší aktivitu z jeho strany během řešení práce. Přes uvedené výhrady práci doporučuji k obhajobě a hodnotím známkou C.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání B
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod C
Vlastní přínos a originalita C
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry D
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii C
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací D
Samostatnost studenta při zpracování tématu B

Grade proposed by supervisor: C

Reviewer’s report
Ing. Ondřej Pavlík

Předložená bakalářská práce Tomáše Havla se zaměřuje na návrh a realizaci systému pro měření a vizualizaci provozních parametrů vysokootáčkového stroje. Po funkční, realizační a inženýrské stránce autor splnil všechny definované cíle zadání. Úspěšně propojil hardwarovou platformu NI CompactDAQ s programovacím jazykem Python a navrhl víceúrovňovou softwarovou architekturu. Tato architektura je při vysoké vzorkovací frekvenci signálů klíčová pro zamezení ztráty dat. Student rovněž vytvořil uživatelské rozhraní, zajistil bezpečné ukládání dat a v navazujícím post-processingovém skriptu implementoval pokročilé metody zpracování signálu. Celý měřicí řetězec byl úspěšně ověřen při experimentu na reálném laboratorním zařízení.

Práce však vykazuje nedostatky v textové, stylistické a akademické rovině, které její celkovou inženýrskou hodnotu degradují. Největší slabinou je schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry, kde se autor v diskuzi omezuje na pouhé konstatování zřejmých jevů nebo se uchyluje k nepodloženým domněnkám bez exaktního fyzikálního rozboru. Z hlediska jazykové a stylistické úpravy má text daleko k odbornému slohu. Autor opakovaně používá netechnické a slangové výrazy typu:, „vypnutí motoru se vibrace vyšplhaly“, „pík ve spektru FFT“, nebo „aby program vyresetoval celou stránku“. Práce s literaturou je v praktické části spíše formální; ačkoliv autor cituje např. normy ISO, naměřené vibrace podle nich reálně neklasifikuje ani nehodnotí. Grafy případně amplitudy určené z FFT a např. i Bodeho amplitudovou charakteristiku sice graficky program vytvoří, ale komentář i vyhodnocení jsou velice minimalistické.

Vzhledem k tomu, že cíle práce byly po technické stránce výborně splněny a výsledný software se jeví jako plně funkční, tak i přes uvedené nedostatky a komentáře navrhuji celkové hodnocení známkou velmi dobře / B.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita C
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry D
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
Grafická, stylistická úprava a pravopis C
Práce s literaturou včetně citací B
Topics for thesis defence:
  1. V textu na str. 10 používáte výraz „pík, který odpovídá otáčkám“. Popište tento jev správnou technickou terminologií a vysvětlete, jaká konkrétní mechanická příčina na rotoru generuje tuto frekvenční složku a proč se následně objevují i její násobky?
  2. U grafu kde je uvedeno vyhodnocení otáček (5.3) a teplot (5.4) je stroze posouzeno: "Z grafu lze vypozorovat, že teplota ve všech třech měřených bodech postupně narůstá na zvyšujících otáčkách." Dá se z tohoto vyhodnotit něco dalšího? např. je zvýšení teploty na otáčkách závislé lineárně? Dosáhne stroj nějakého rovnovážného stavu a pod.?
  3. Je uvedeno: "Naměřené hodnoty vibrací dosahovaly v kritické oblasti hodnot přes 3 µm." Pro čtenáře chybí nějaké další posouzení, např. na základě norem ISO 20816-1, které v práci citujete , do jaké provozní zóny (A až D) byste tento konkrétní stroj pro dané otáčky zařadil? Je takový provoz z dlouhodobého hlediska přípustný a udržitelný?

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová