La gestión integrada del estado del vehículo ( IVHM ) o la gestión integrada del estado del sistema ( ISHM ) es la capacidad unificada de los sistemas para evaluar el estado actual o futuro del estado del sistema miembro e integrar esa imagen del estado del sistema dentro de un marco de recursos disponibles y demanda operativa. [1]
Objetivos de IVHM
Los objetivos de IVHM son permitir una mejor gestión de la salud de los vehículos y la flota de vehículos.
- Mejore la seguridad mediante el uso de diagnósticos y pronósticos para corregir fallas antes de que sean un problema.
- Mejore la disponibilidad mediante una mejor programación de mantenimiento
- Mejorar la confiabilidad a través de una comprensión más profunda del estado actual del sistema y el mantenimiento basado en el pronóstico.
- Reducir el costo total de mantenimiento mediante la reducción del mantenimiento innecesario y evitar el mantenimiento no programado
Esto se logra mediante el uso correcto de sistemas de detección y pronóstico confiables para monitorear el estado de la pieza y también usando datos de uso para ayudar a comprender la carga experimentada y la carga probable del vehículo en el futuro.
Historia
Orígenes
Se ha sugerido que IVHM como concepto con nombre ha existido desde la década de 1970. [2] Sin embargo, no parece haber mucha evidencia escrita de esto. IVHM como concepto surgió de los métodos populares de mantenimiento de la aviación. Fue el siguiente paso natural del mantenimiento basado en condiciones. A medida que los sensores mejoraron y nuestra comprensión de los sistemas en cuestión aumentó, fue posible no solo detectar fallas sino también predecirlas. El alto costo unitario y el alto costo de mantenimiento de las aeronaves y naves espaciales hicieron que cualquier avance en los métodos de mantenimiento fuera muy atractivo. La NASA [3] fue una de las primeras organizaciones en utilizar el nombre IVHM para describir cómo querían abordar el mantenimiento de las naves espaciales en el futuro. Crearon NASA-CR-192656, [4] en 1992 con la ayuda de General Research Corporation y Orbital Technologies Corporation. [5] Este fue un documento de metas y objetivos en el que discutieron los conceptos de tecnología y mantenimiento que creían que serían necesarios para mejorar la seguridad y reducir los costos de mantenimiento en sus vehículos de próxima generación. Desde entonces, muchas empresas se han interesado por la IVHM y la bibliografía se ha incrementado sustancialmente. Ahora existen soluciones IVHM para muchos tipos diferentes de vehículos, desde JSF hasta vehículos comerciales de transporte.
Pronósticos del primer espacio
El primer historial publicado de predicción de fallas en equipos de naves espaciales se produjo en los 12 satélites del Bloque I (Fase 1) del Sistema de Posicionamiento Global Rockwell / Fuerza Aérea de los EE. UU. Utilizando eventos transitorios no repetibles (NRTE) y datos de filtro GPS Kalman de la estación de control maestro de GPS, entre 1978 y 1984 por el Gerente de Segmentos Terrestres y Espaciales de GPS. Los NRTE se aislaron de los satélites GPS después de que el personal de apoyo de operaciones de la misión reprodujera la telemetría satelital en tiempo real descartando el ruido de RF y de línea terrestre causado por Eb / No o S / N deficientes y problemas de procesamiento del sistema de visualización y adquisición de datos. Los proveedores de equipos del subsistema del satélite GPS diagnosticaron los NRTE como ruido sistémico que precedió a las fallas del equipo porque en ese momento se creía que todas las fallas del equipo ocurrían de manera instantánea y aleatoria, por lo que no se podían predecir las fallas del equipo (por ejemplo, las fallas del equipo exhibían un comportamiento sin memoria). El Gerente de Ingeniería de Sistemas GPS de Rockwell International ordenó detener la predicción de fallas en los equipos satelitales GPS en 1983 alegando que no era posible y que la compañía no tenía contrato para hacerlo. El análisis de pronóstico que se completó en la telemetría satelital GPS se publicó trimestralmente por contrato como un CDRL para el personal de la Oficina del Programa GPS y una amplia variedad de subcontratistas de la Fuerza Aérea que trabajan en el programa GPS.
Mayor desarrollo
Uno de los hitos clave en la creación de IVHM para aeronaves fue la serie de estándares ARINC que permitieron a diferentes fabricantes crear equipos que funcionarían juntos y podrían enviar datos de diagnóstico desde la aeronave a la organización de mantenimiento en tierra. [6] ACARS se utiliza con frecuencia para comunicar datos operativos y de mantenimiento entre la tripulación de vuelo y la tripulación de tierra. Esto ha llevado a conceptos que se han adoptado en IVHM.
Otro hito fue la creación de sistemas de monitoreo de uso y salud (HUMS) para helicópteros que operan en apoyo de las plataformas petrolíferas en el Mar del Norte . Este es el concepto clave de que los datos de uso se pueden utilizar para ayudar a planificar el mantenimiento. Los sistemas FOQA o Flight Data son similares a HUMS ya que controlan el uso del vehículo. Son útiles para IVHM de la misma manera que permiten comprender a fondo el uso del vehículo, lo que ayuda en el diseño de vehículos futuros. También permite identificar y corregir cargas y usos excesivos. Por ejemplo, si una aeronave experimentaba frecuentes aterrizajes pesados, el programa de mantenimiento del tren de aterrizaje podría cambiarse para garantizar que no se desgasten demasiado rápido bajo el aumento de carga. La carga transportada por la aeronave podría reducirse en el futuro o los operadores podrían recibir capacitación adicional para mejorar la calidad de los aterrizajes.
La naturaleza creciente de este campo llevó a Boeing [7] a establecer un centro IVHM con la Universidad de Cranfield en 2008 para actuar como un centro de investigación líder en el mundo. [8] Desde entonces, el centro IVHM ha ofrecido el primer curso de maestría IVHM del mundo y alberga a varios estudiantes de doctorado que investigan la aplicación de IVHM a diferentes campos.
Filosofía
IVHM se preocupa no solo por el estado actual del vehículo, sino también por la salud a lo largo de todo su ciclo de vida . IVHM examina el estado del vehículo contra los datos de uso del vehículo y dentro del contexto de información similar para otros vehículos dentro de la flota. En el uso de vehículos de uso muestran únicas características y también algunas características comunes en toda la flota. Cuando se disponga de datos de uso y de salud del sistema, estos se pueden analizar para identificar estas características. Esto es útil para la identificación de problemas exclusivos de un vehículo, así como para identificar tendencias en la degradación del vehículo en toda la flota.
IVHM es un concepto para el ciclo de vida completo del mantenimiento de un vehículo (o instalación de una planta de maquinaria). Hace un uso extensivo de sensores integrados y equipos de autocontrol combinados con pronósticos y razonamiento de diagnóstico . En el caso de los vehículos, es típico que haya un módulo de adquisición de datos a bordo y una unidad de diagnóstico. Algunos vehículos pueden transferir datos seleccionados a la base mientras están en uso a través de varios sistemas de rf. Siempre que el vehículo está en la base, los datos también se transfieren a un conjunto de computadoras de mantenimiento que también procesan esos datos para una comprensión más profunda de la verdadera salud del vehículo. El uso del vehículo también puede adaptarse a la degradación de las piezas y mejorar la precisión de la predicción del pronóstico .
La vida útil restante se utiliza para planificar el reemplazo o la reparación de la pieza en algún momento conveniente antes de la falla. El inconveniente de poner el vehículo fuera de servicio se equilibra con el costo del mantenimiento no programado para garantizar que la pieza se reemplace en el punto óptimo antes de la falla. Este proceso se ha comparado con el proceso de elegir cuándo comprar opciones financieras, ya que el costo del mantenimiento programado debe equilibrarse con el riesgo de falla y el costo del mantenimiento no programado. [10]
Esto difiere del mantenimiento basado en condiciones (CBM), en el que la pieza se reemplaza una vez que ha fallado o una vez que se supera un umbral. [11] Esto a menudo implica poner el vehículo fuera de servicio en un momento inconveniente en el que podría estar generando ingresos. Es preferible utilizar un enfoque de IVHM para reemplazarlo en el momento más conveniente. Esto permite la reducción en la vida útil de los componentes de desecho causada por reemplazar la pieza demasiado pronto y también reduce los costos incurridos por el mantenimiento no programado. Esto es posible debido a la mayor distancia de pronóstico proporcionada por una solución de IVHM. Hay muchas tecnologías que se utilizan en IVHM. El campo en sí todavía está creciendo y aún se están agregando muchas técnicas al cuerpo de conocimiento.
Arquitectura
Los sensores de monitoreo de salud están diseñados en el vehículo y reportan a una unidad de procesamiento de datos. Algunos de los datos pueden manipularse a bordo para un diagnóstico y pronóstico inmediato del sistema. Los datos críticos se procesan menos tiempo fuera de la placa. Todos los datos históricos del vehículo se pueden comparar con el rendimiento actual para identificar las tendencias de degradación a un nivel más detallado que el que se podría hacer a bordo del vehículo. Todo esto se utiliza para mejorar la confiabilidad y la disponibilidad, y los datos también se retroalimentan al fabricante para que mejore su producto. [12]
Se ha propuesto una arquitectura estándar para IVHM como el estándar OSA-CBM [13] que proporciona una estructura para la recopilación de datos, el análisis y la acción. Esto está destinado a facilitar la interoperabilidad entre los sistemas IVHM de diferentes proveedores. Las partes clave dentro de OSA-CBM son
- Adquisición de datos (DA)
- Manipulación de datos (DM)
- Detección de estado (SD)
- Evaluación de la salud (HA)
- Evaluación de pronóstico (PA)
- Generación de asesoramiento (AG)
Estos se establecen en ISO 13374 [14].
El sistema no está destinado a reemplazar las advertencias críticas para la seguridad, como el sistema de gestión de vuelo de una aeronave, sino complementarlas y quizás también aprovechar los sensores existentes para ayudar con el monitoreo del estado del sistema. Los sistemas ideales para monitorear son aquellos sistemas, subsistemas y elementos estructurales que probablemente muestren una degradación elegante para que puedan ser reparados o reemplazados en un momento conveniente antes de la falla. Esto proporciona un ahorro sobre el mantenimiento basado en la condición, ya que una vez que una pieza falla, a menudo el vehículo no se puede usar hasta que se repara. Esto a menudo resulta en dificultades de programación si el vehículo falla cuando era necesario para generar ingresos y no se puede utilizar. Por el contrario, el IVHM se puede utilizar para reemplazar la pieza durante el tiempo de inactividad del vehículo antes de la falla. Esto asegura que pueda seguir generando ingresos según lo programado.
Las comunicaciones entre el vehículo y la organización de mantenimiento son cruciales para corregir fallas de manera oportuna. El equilibrio entre la cantidad de datos que se deben enviar al encargado del mantenimiento durante el uso y la cantidad que se debe descargar durante el mantenimiento es algo que debe evaluarse con cuidado. Un ejemplo de esto es lo que se conoce como reenvío de fallas . Cuando una aeronave experimenta una falla, el sistema de gestión de vuelo lo informa a la tripulación de vuelo, pero también envía un mensaje a través de ACARS al equipo de mantenimiento para que puedan comenzar su planificación de mantenimiento antes de que la aeronave haya aterrizado. Esto genera una ventaja de tiempo, ya que conocen algunas de las piezas y el personal necesarios para solucionar la falla antes de que la aeronave haya aterrizado. Sin embargo, el enlace de comunicación cuesta dinero y tiene un ancho de banda limitado, por lo que el valor de estos datos de salud y uso debe evaluarse cuidadosamente teniendo en cuenta si debe transmitirse o simplemente descargarse durante el próximo mantenimiento o como parte del proceso de apagado del operador. .
Referencias
- ^ Jennions, IK, Gestión integrada de la salud del vehículo: perspectivas sobre un campo emergente URL: http://books.sae.org/book-r-405
- ^ Aaseng, GB Blueprint para un sistema integrado de gestión de la salud del vehículo. En las actas de la 20ª Conferencia sobre sistemas de aviónica digital, Daytona Beach, Florida, EE. UU., 14-18 de octubre, vol. 1, págs. 3.C.1-1-3.C.1-11
- ^ NASA.gov
- ^ Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio (NASA). Metas y objetivos de investigación y tecnología para la gestión integral de la salud de los vehículos (IVHM). Informe NASA-CR-192656, octubre de 1992, Servidor de informes técnicos de la NASA https://ntrs.nasa.gov/search.jsp?R=19930013844&hterms=192656&qs=Ntx%3Dmode%2520matchallpartial%2520%26Ntk%3DAll%26N%3D0% 26Ntt% 3D192656
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- ^ Sudolsky, M; ARINC 573/717, 767 y 647A: La opción lógica para el registro de mantenimiento y el control de la interfaz IVHM o las actualizaciones de la trama, Conferencia anual de la Sociedad de pronóstico y gestión de la salud, 2009
- ^ "Copia archivada" . Archivado desde el original el 22 de julio de 2012 . Consultado el 23 de abril de 2012 .CS1 maint: copia archivada como título ( enlace )
- ^ http://www.cranfield.ac.uk/ivhm/aboutus/index.html
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- ^ Haddad, G .; Sandborn, P .; Pecht, M; , "Uso de opciones reales para administrar el mantenimiento basado en condiciones habilitado por PHM", Conferencia internacional de IEEE 2011 sobre pronóstico y gestión de la salud, Denver, Colorado, 20-23 de junio de 2011 URL: http://www.calce.umd.edu/articles /abstracts/2011/Real-Options_Manage_Condition-based_PHM_abstract.html
- ^ "Copia archivada" . Archivado desde el original el 3 de abril de 2012 . Consultado el 25 de mayo de 2012 .CS1 maint: copia archivada como título ( enlace )
- ^ Jennions, IK; "The story so Far - Development of an IVHM Center," 14th Australian International Aerospace Congress, 2 de marzo de 2011, URL: http://www.cranfield.ac.uk/ivhm/pdf/aiac14%20keynote.pdf [ enlace muerto permanente ]
- ^ Swearingen, K .; Majkowski, W .; Bruggeman, B .; Gilbertson, D .; Dunsdon, J .; Sykes, B .; , "Una arquitectura de sistema abierto para la descripción general del mantenimiento basado en condiciones", Conferencia aeroespacial, 2007 IEEE págs. 1-8, 3-10 de marzo de 2007; doi: 10.1109 / AERO.2007.352921. URL: https://ieeexplore.ieee.org/document/4161678
- ^ ISO. Ginebra, Suiza, 2002, ISO 13374-1, Monitorización del estado y diagnóstico de las máquinas. Procesamiento, comunicación y presentación de datos. Parte 1: Directrices generales. URL: http://www.iso.org/iso/iso_catalogue/catalogue_tc/catalogue_detail.htm?csnumber=21832
Ver también
- Gemelo digital
- sistemas de monitoreo de uso y salud