dr hab. inż. M arian K am pik profesor Politechniki Śląskiej
Instytut M etrologii, Elektroniki i A utom atyki
G liw ice, 5 m aja 2014 r.
RECENZJA
rozprawy doktorskiej Pana mgr. inż. Arkadiusza Gancarczyka
pt. „Profilom etryczny wizyjny system diagnostyczny tramwajowych zestawów kołowych” opracowana na zlecenie Rady W ydziału Elektrycznego Politechniki Śląskiej
1. Obszar problemowy rozprawy
System y do zautom atyzow anego optycznego (w izyjnego) diagnozow ania tram w ajow ych i kolejow ych zestaw ów kołow ych o d g ry w ają coraz w ię k szą rolę w transporcie szynow ym , przyczyniając się do zm niejszenia aw aryjności taboru oraz do popraw y bezpieczeństw a. N a szczeg ó ln ą uw agę z asłu g u ją system y diagnostyczne do badania stanu zestaw ów kołow ych tram w ajów m iejskich. Jest spow odow ane co najm niej trzem a czynnikam i:
1) proces zużyw ania kół tram w ajow ych postępuje znacznie szybciej niż kół kolejow ych, co je s t zw iązane ze specy fik ą m iejskich torow isk;
2) znane i w ykorzy sty w an e w praktyce system y diagnostyczne s ą dedykow ane do autom atycznego d iagnozow ania stanu technicznego kół kolejow ych. T em atyka diagnozow ania kół tram w ajow ych je s t rzadziej podejm ow ana, m iędzy innym i z uwagi na koszt zw iązany z opracow aniem system u diagnostycznego.
3) konstrukcje kół tram w ajow ych są odm ienne od konstrukcji kół kolejow ych. Ta odm ienność polega przede w szystkim na utrudnionym , w porów naniu do koła kolejow ego, dostępie do diagnozow anych, zużyw ających się w trakcie eksploatacji koła pow ierzchni. Z tego pow odu bezpośrednie zastosow anie do diagnozow ania kół tram w ajow ych system ów diagnostycznych stosow anych do badania kół pojazdów kolejow ych je s t utrudnione lub nawet niem ożliw e.
N a uw agę z a słu g u ją szczególne ch arakterystyczne cechy tego rodzaju pom iarów , w których bardzo często w ykorzystuje się obrazy z kilku kam er. Jed n ą z nich je s t konieczność dokonyw ania dość złożonych obliczeń m atem atycznych. R ów nie skom plikow ana je s t w eryfikacja eksperym entalna popraw ności uzyskanych w yników . O siągnięcie w ym aganej, z reguły relatyw nie dużej dokładności pom iaru w y m ag a spełnienia szeregu w arunków , których spełnienie byw a trudne, zw łaszcza gdy system p om iarow y je s t zlokalizow any na zew nątrz budynku zajezdni. Od system u niejednokrotnie w y m ag a się, aby realizow ał pom iary kół pojazdu w ruchu i od pow iednio szybko. Z uwagi na w yw ołane ruchem pojazdu w strząsy i w ibracje m ogą pojaw ić się p roblem y zw iązane z brakiem odpow iedniej stabilności m echanicznej stanow iska p om iarow ego. Z w ym ienionych i innych pow od ów znane i ogólnie stosow ane m etody, techniki i algorytm y stosow ane w pom iarach w izyjnych nie zaw sze się spraw dzają w tak trudnych w arunkach.
O pracow aniu odpow iedniego system u diagnostycznego pow inna tow arzyszyć rzetelna i d ogłębna analiza w ielkości w pływ ających na niepew ność pom iaru oraz opracow anie zgodnego z przyjętym i zasadam i bilansu niepew ności w yników .
N ie mniej trudnym zagadnieniem jest kalibracja w izyjnego system u diagnostycznego. Znane m etody kalibracji w izyjnych system ów diagnostycznych są zazw yczaj czasochłonne i w ym agają dużego dośw iadczenia od użytkow nika system u pom iarow ego.
U w zględniając przedstaw ione wyżej argum enty uw ażam , iż tem atyka rozprawy, obejm ująca opracow anie profilom etrycznego system u w izyjnego, diagnozującego stan techniczny tram w ajow ych zestaw ów kołow ych jest aktualna i posiada istotne znaczenie ekonom iczne oraz - co je s t nie mniej w ażne - m oże przyczynić się do popraw y bezpieczeństw a pasażerów i obsługi.
Przyjęty w pracy sposób rozw iązania problem u, w tym zbudow anie oryginalnego system u w izyjnego, opracow anie oryginalnego m odelu m atem atycznego oraz zastosow anie odpow iednich narzędzi inform atycznych pow oduje, że rozpraw a m a w alor pracy naukowej o charakterze aplikacyjnym , zaw ierającej odpow iednio zw eryfikow ane em pirycznie wątki teoretyczne. Rozpraw a posiada rów nież bardzo duży w alor praktyczny.
2. Koncepcja oraz realizacja rozprawy
R ecenzow ana rozpraw a doktorska obejm uje w kolejności spis treści, spisy w ażniejszych oznaczeń i definicji, w prow adzenie, pięć zasadniczych rozdziałów , podsum ow anie oraz spis cytow anej literatury, zaw ierający 87 pozycji odzw ierciedlających stan badań w zakresie tem atycznym rozpraw y. R ozpraw a łącznie liczy 119 num erow anych stron.
Rozdział pierw szy je s t w prow adzeniem do pracy i zaw iera cele (a w łaściw ie głów nie genezę) rozpraw y, opis je j zaw artości oraz tezę.
W rozdziale drugim scharakteryzow ano najw ażniejsze param etry geom etryczne charakteryzujące pow ierzchnię koła tram w ajow ego. Ponadto zaprezentow ano przegląd znanych m etod stosow anych do pom iaru profili kół pojazdów szynow ych. Rozdział zaw iera rów nież opis narzędzi i technik pom iarow ych stosow anych w diagnostycznych system ach w izyjnych oraz przegląd rozw iązań zautom atyzow anych diagnostycznych system ów w izyjnych. W prezentacji położono szczególny nacisk na m etrologiczny aspekt przedstaw ianych zagadnień i rozw iązań.
W rozdziale trzecim zaw arto m atem atyczny m odel kam ery stosow anej w diagnostycznych system ach w izyjnych, w ykorzystując do tego celu dostępne opracow ania literaturow e.
R ozdział czw arty rozpraw y zaw iera opis eksperym entów i testów przeprow adzonych na etapie projektow ania diagnostycznego profilom etrycznego system u w izyjnego. W rozdziale tym zam ieszczono rów nież w yniki uzyskane w procesie kalibracji system u oraz opis sposobu w alidacji procedury identyfikacji param etrów m odelu.
W rozdziale piątym A utor przedstaw ił algorytm w ykorzystyw any do odtw orzenia rzeczyw istego kształtu profilu koła na podstaw ie obrazów zarejestrow anych przez dw ie kamery. W tym celu A utor prezentuje szereg przekształceń m atem atycznych oraz dokonuje analizy niepew ności w yników oraz opracow uje jej bilans. R ozdział uzupełnia propozycja sposobu oceny opracow anego w izyjnego system u diagnostycznego na podstaw ie w yników uzyskanych z badań rzeczyw istych obiektów , jak im i były tram w ajow e zestaw y kołowe.
W rozdziale szóstym A utor przedstaw ił swój w łasny oryginalny m atem atyczny model pom iaru oraz podał sposób identyfikacji param etrów m odelu kam ery. Rozdział zaw iera rów nież opis sposobu realizacji pom iaru, kalibracji system u pom iarow ego oraz je g o w alidacji.
Rozpraw ę zam yka podsum ow anie z uw agam i końcow ym i. Z aw arto w nim uw agi natury ogólnej odnoszące się do uzyskanych w yników i opracow anego m odelu oraz - co je s t moim
zdaniem cenne - w skazano kierunki dalszych badań oraz sposoby popraw y w łaściw ości system u. O ceniając m erytorycznie c a łą rozpraw ę stw ierdzam , że je s t ona napisana na dobrym poziom ie. Z aw iera w łaściw ie sform ułow any i w ażny problem naukow y, oraz prezentuje jeg o popraw ne rozw iązanie. R ozw iązanie to A utor uzyskał sam odzielnie i z zastosow aniem popraw nej m etodologii naukow ej. N a podstaw ie przedstaw ionego om ów ienia treści całej rozpraw y doktorskiej należy odnotow ać, że jej A utor w ykazał się dobrym i um iejętnościam i form ułow ania p roblem ów naukow o-badaw czych oraz ich efektyw nego rozw iązyw ania w ykorzystując przy tym w ied zę z zakresu diagnostyki optycznej, m etrologii, zautom atyzow anych system ów pom iarow ych oraz m etod num erycznych.
3. Oryginalne osiągnięcia
U dow adniając sform ułow ane tezy oraz realizując w yznaczone cele badaw cze, A utor rozpraw y uzy sk ał kilka oryginalnych w y n ik ó w technicznych i naukow ych, do których m iędzy innym i zaliczam :
1. W ykazanie m ożliw ości zastosow ania profilom etrycznego system u w izyjnego do diagnozow ania tram w ajo w y ch zestaw ów kołow ych, charakteryzującego się d u ż ą d o k ładno ścią i relatyw nie krótkim czasem pom iaru.
2. O pracow anie m odelu m atem atycznego um ożliw iającego odtw orzenie rzeczyw istego profilu koła w oparciu o obrazy w iązek laserow ych, zarejestrow ane za p o m ocą kam er. 3. O pracow anie bilansu niepew ności pom iaru oraz opracow anie m etody kalibracji i sposobu
w alidacji system u diagnostycznego.
M ając na uw adze w yżej w y m ienione oryginalne osiągnięcia naukow e uw ażam , że Pan m gr inż. A rkadiusz G ancarczyk zrealizow ał założony cel badaw czy oraz uzasadnił słuszność sform ułow anej tezy. Ponadto w ykazał się um iejętnościam i sam odzielnego rozw iązyw ania p roblem ów n aukow o-technicznych z w y korzystaniem w łaściw ych m etod badaw czych i na poziom ie naukow ym odpow iadającym w ym aganiom staw ianym rozpraw om doktorskim z obszaru nauk technicznych.
4. Uwagi i komentarze
Z achow ując d o b rą ocenę całej rozpraw y doktorskiej m ożna je d n a k sform ułow ać następujące uw agi natury ogólnej i szczegółow ej:
1. N a początku rozpraw y brakuje w m oim odczuciu odrębnych podrozdziałów pośw ięconych g enezie pracy oraz m otyw acji, dla której A utor podjął się tem atu. Co praw da A utor um ieścił szereg zw iązanych z tym inform acji w podrozdziale zatytułow anym "Cele pracy", ale, m oim zdaniem , układ pracy zyskałby, gdyby ten podrozdział został podzielony na trzy części: "G eneza pracy", "M otyw acja" oraz "Cele pracy".
2. C zy badano w pływ zm ian tem peratu ry otoczenia, w ilgotności oraz drgań m echanicznych na w yniki pom iaru? Jeśli tak, to czy ten w pływ był istotny?
3. P rzedstaw ione analizy i bilanse niepew ności zak ładają brak korelacji pom iędzy
poszczególnym i składow ym i niepew ności. Czy takie założenie je s t popraw ne, szczególnie w w arunkach, w jak ich dokonyw any je s t pom iar?
4. W pracy zauw ażono kilka błędów m erytorycznych, pom yłek, niezrozum iałych opisów i sform ułow ań. Do istotniejszych m ożna zaliczyć:
a) Str.6; stw ierdzenie w przedostatnim zdaniu je s t niejasne: w ynika z niego, że kalibracja system u w izyjnego daje zadow alające rezultaty, ale z następnego zdania w ynika, że charakteryzuje się szeregiem wad.
b) Str.6; A utor w spom ina o "konstrukcjach koła o ograniczonym dostępie": prosiłbym o w yjaśnienie na czym polega ów "ograniczony dostęp".
c) Str. 9; czw arte zdanie je s t niezgrabnie sform ułow ane: m oże sugerow ać czytelnikow i, że profile kół są udoskonalane w trakcie ruchu pojazdu.
d) Str. 15; A utor w prow adza pojęcie "linii laserowych" bez określenia czym one są. N ależało podać ich odpow iednią definicję, na przykład na str. 4.
e) Str.47; A utor używ a pojęcia "zniekształcone w spółrzędne". N a czym polega owo "zniekształcenie" w spółrzędnych?
f) S tr.5 1; ja k a je s t niepew ność określenia rozm iaru i położenia elem entów na planarnej pow ierzchni w zorca?
g) S tr.5 1: co to je s t "płaszczyzna planarna"?
h) S tr.5 1: ja k zrealizow ano "ośw ietlenie dyfuzyjne"?
i) Str.57; ja k ie jednostki pow inny znajdow ać się w opisie osi układu w spółrzędnych na rys.4.10?
j) Str.64; zdanie "w ykorzystano w łaściw ości pleksi" je s t niejasne - jak ie w łaściw ości (w dom yśle m ateriałow e) A utor m iał na m yśli?
k) Str.75; w zór 5.9 oraz 5.10 nie je s t popraw ny. 1) Str.78; w zór 5.14 nie je s t popraw ny.
m) Str.80; w zór 5.17 rów nież nie je s t popraw ny. Poza tym w zór ten został uproszczony tak ja k b y oba w spółczynniki w rażliw ości były rów ne jedności. Czy tak je s t w rzeczyw istości?
n) Str.82; zdanie "każdy tram w aj składający się z czterech osi", sugeruje, że tram waj jest zbudow any w yłącznie z czterech osi.
5. Praca pod w zględem redakcyjnym je st starannie opracow ana i zaw iera m inim alną liczbę tzw. błędów literow ych. N atom iast składnia niektórych zdań budzi zastrzeżenia, głów nie z uwagi na problem z interp retacją zaw artych w nich inform acji.
Uwagi w yszczególnione w recenzji, częściow o dyskusyjne, nie ujm ują i nie pod w ażają w niczym wyniku pozytyw nej oceny recenzow anej rozpraw y doktorskiej.
5. Podsumowanie
U w zględniając w yżej w ym ienione uw agi i kom entarze oraz całość rozpraw y doktorskiej w raz z oryginalnym i osiągnięciam i naukow o-badaw czym i stw ierdzam , że
1. recenzowana rozprawa doktorska Pana mgr inż. Arkadiusza Gancarczyka spełnia wszystkie w ym agania ustawy o stopniach naukowych i tytule naukowym oraz stopniach i tytule w zakresie sztuki z dnia 14 marca 2003 roku (Dz.U. nr 65, poz. 595),
2. wnoszę o przyjęcie rozprawy oraz jej dopuszczenie do publicznej obrony przed Radą W ydziału Elektrycznego Politechniki Śląskiej.
