WikiDer > Интегрированное управление состоянием автомобиля

Integrated vehicle health management

Интегрированное управление состоянием автомобиля (IVHM) или же интегрированное управление работоспособностью системы (ISHM) - это объединенная способность систем оценивать текущее или будущее состояние здоровья системы-члена и интегрировать эту картину работоспособности системы в рамках имеющихся ресурсов и эксплуатационного спроса.[1]

Цели ИВХМ

Цели IVHM - улучшить управление состоянием транспортных средств и автопарка.

  • Улучшать безопасность с помощью диагностики и прогнозов для устранения неисправностей до того, как они станут проблемой.
  • Улучшать доступность за счет лучшего обслуживания планирование
  • Улучшать надежность благодаря более глубокому пониманию текущего состояния системы и техническому обслуживанию на основе прогнозов
  • Снижение общих затрат на обслуживание за счет сокращения ненужного обслуживания и предотвращения внеплановых поддержание

Это достигается за счет правильного использования надежных систем измерения и прогнозирования для мониторинга состояния деталей, а также использования данных об использовании, помогающих понять испытываемую нагрузку и вероятную будущую нагрузку на транспортное средство.

История

Происхождение

Было высказано предположение, что IVHM как названная концепция существует с 1970-х годов.[2]Однако письменных свидетельств этого, похоже, не так много. IVHM как концепция выросла из популярных методов обслуживания авиации. Это был естественный шаг от технического обслуживания по состоянию. По мере того как датчики совершенствовались, и наше понимание соответствующих систем росло, стало возможным не только обнаруживать неисправности, но и прогнозировать их. Высокая стоимость единицы и высокая стоимость обслуживания самолетов и космических кораблей делали любые усовершенствования методов обслуживания очень привлекательными. НАСА[3] была одной из первых организаций, использовавших название IVHM для описания своего подхода к обслуживанию космических аппаратов в будущем. Они создали NASA-CR-192656,[4] в 1992 г. при содействии General Research Corporation и Orbital Technologies Corporation.[5] Это был документ о целях и задачах, в котором они обсуждали технологии и концепции технического обслуживания, которые, по их мнению, необходимы для повышения безопасности при одновременном снижении затрат на техническое обслуживание автомобилей следующего поколения. С тех пор многие компании заинтересовались IVHM, и объем литературы значительно увеличился. В настоящее время существуют решения IVHM для многих различных типов автомобилей от JSF к коммерческим грузовым автомобилям.

Первый космический прогноз

Первая опубликованная история прогнозирования отказов оборудования космических аппаратов произошла на 12-м канале Rockwell / США. Спутники блока I системы глобального позиционирования ВВС (Фаза 1), использующие неповторяющиеся переходные процессы (NRTE) и данные фильтра Калмана GPS с главной станции управления GPS, в период с 1978 по 1984 год, выполняемые менеджером космического и наземного сегмента GPS. NRTE были изолированы от спутников GPS после того, как персонал поддержки операций миссии воспроизвел спутниковую телеметрию в реальном времени, исключая радиочастотный и наземный шум, вызванный плохим Eb / Нет или же S / N и проблемы с обработкой системы сбора и отображения данных. Поставщики оборудования подсистемы спутника GPS диагностировали NRTE как системный шум, который предшествовал сбоям оборудования, потому что в то время считалось, что все отказы оборудования происходили мгновенно и случайным образом, и поэтому отказы оборудования нельзя было предсказать (например, отказы оборудования демонстрировали поведение без памяти). В 1983 году менеджер Rockwell International по разработке систем GPS приказал прекратить прогнозирование отказов спутникового оборудования GPS, заявив, что это невозможно, и компания не имеет на это контракта. Прогностический анализ спутниковой телеметрии GPS публиковался ежеквартально в виде CDRL для персонала Программного Офиса GPS и большого числа субподрядчиков ВВС, работающих над программой GPS.

Дальнейшее развитие

Одной из ключевых вех в создании ИВХМ для самолетов стала серия ARINC стандарты, которые позволили различным производителям создать оборудование, которое будет работать вместе и иметь возможность отправлять диагностические данные с самолета в организацию по техническому обслуживанию на земле.[6] ACARS часто используется для передачи данных по техническому обслуживанию и эксплуатации между летным экипажем и наземным экипажем. Это привело к концепциям, которые были приняты в IVHM.

Еще одной важной вехой стало создание системы мониторинга работоспособности и использования(HUMS) для вертолеты действует в поддержку Нефтяные вышки в Северное море. Это ключевая концепция, согласно которой данные об использовании могут использоваться для помощи при планировании технического обслуживания.FOQA или Системы полетных данных похожи на HUMS, поскольку они контролируют использование транспортного средства. Они полезны для IVHM так же, как позволяют досконально понять использование транспортного средства, что поможет в проектировании будущих транспортных средств. Это также позволяет выявить и исправить чрезмерные нагрузки и использование. Например, если самолет испытывал частые тяжелые посадки, график технического обслуживания шасси можно было изменить, чтобы гарантировать, что они не изнашиваются слишком быстро при повышенной нагрузке. В будущем нагрузка на самолет может быть уменьшена, или операторы могут пройти дополнительную подготовку для повышения качества посадки.

Растущий характер этой области привел Боинг[7] создать центр IVHM с Крэнфилдский университет в 2008 году стать ведущим исследовательским центром мира.[8] Центр IVHM с тех пор предложил первый в мире курс магистратуры IVHM и принимает несколько аспирантов, изучающих применение IVHM в различных областях.

Философия

На этом рисунке показан информационный поток в рамках концепции IVHM, описанной профессором Яном Дженнионсом и др. Центра IVHM Университета Крэнфилда. Этот рисунок также появляется в аналогичной форме в книге IVHM 2011 года.[9]

IVHM заботится не только о текущем состоянии автомобиля, но и о состоянии здоровья в целом. жизненный цикл. IVHM сравнивает состояние транспортного средства с данными об использовании транспортного средства и в контексте аналогичной информации для других транспортных средств в парке. Используемые автомобили отображают уникальное использование характеристики а также некоторые характеристики, общие для всего флота. Там, где доступны данные об использовании и данные о состоянии системы, их можно проанализировать для определения этих характеристик. Это полезно при выявлении проблем, присущих только одному автомобилю, а также для определения тенденций ухудшения характеристик транспортных средств во всем парке.

IVHM - это концепция полного цикла обслуживания транспортного средства (или установки машинного завода). Он широко использует встроенный датчики и оборудование для самоконтроля в сочетании с прогноз и диагностический рассуждения. В случае транспортных средств типично наличие на борту модуля сбора данных и диагностического блока. Некоторые автомобили могут передавать выбранные данные обратно на базу во время использования через различные радиочастотные системы. Когда автомобиль находится на базе, данные также передаются на набор компьютеров технического обслуживания, которые также обрабатывают эти данные для более глубокого понимания истинного состояния автомобиля. Использование транспортного средства также может быть согласовано с износом деталей и улучшением прогноз точность прогноза.

Оставшийся срок полезного использования используется для планирования замены или ремонта детали в удобное время до выхода из строя. Неудобство вывода автомобиля из эксплуатации уравновешивается стоимостью внепланового обслуживания, чтобы гарантировать, что деталь будет заменена в оптимальном месте до выхода из строя. Этот процесс сравнивают с процессом выбора, когда покупать финансовые возможности, поскольку затраты на плановое обслуживание должны быть сбалансированы с риском отказа и стоимостью внепланового обслуживания.[10]

Это отличается от Техническое обслуживание по состоянию(CBM), когда деталь заменяется после выхода из строя или превышения порогового значения.[11] Это часто связано с выводом автомобиля из эксплуатации в неподходящее время, когда он может приносить доход. Желательно использовать подход IVHM, чтобы заменить его в наиболее удобное время. Это позволяет сократить срок службы ненужных компонентов, вызванный слишком ранней заменой детали, а также снизить затраты, связанные с внеплановым обслуживанием. Это возможно из-за увеличенного прогностического расстояния, обеспечиваемого решением IVHM. В ИВХМ используется множество технологий. Сама область все еще развивается, и многие методы все еще добавляются к совокупности знаний.

Архитектура

Датчики мониторинга состояния встроены в автомобиль и передают данные в блок обработки данных. Некоторыми данными можно управлять на борту для немедленной диагностики и прогноза системы. Менее критичные по времени данные обрабатываются за бортом. Все исторические данные по автомобилю можно сравнить с текущими характеристиками, чтобы определить тенденции ухудшения на более детальном уровне, чем это можно было бы сделать на борту транспортного средства. Все это используется для повышения надежности и доступности, а данные также возвращаются производителю, чтобы они могли улучшить свой продукт.[12]

Стандартная архитектура для IVHM была предложена как OSA-CBM.[13] стандарт, который дает структуру для сбора данных, анализа и действий. Это предназначено для облегчения взаимодействия между системами IVHM разных поставщиков. Ключевыми частями OSA-CBM являются:

  • Сбор данных (DA)
  • Обработка данных (DM)
  • Обнаружение состояния (SD)
  • Оценка здоровья (HA)
  • Оценка прогноза (PA)
  • Консультативная генерация (AG)

Они выложены внутри ISO 13374[14]

Система не предназначена для замены критически важных для безопасности предупреждений, таких как система управления полетом самолета, а вместо этого дополняет их и, возможно, также использует существующие датчики для помощи в мониторинге состояния системы. Идеальные системы для мониторинга - это те системы, подсистемы и структурные элементы, которые, вероятно, будут демонстрировать постепенную деградацию, чтобы их можно было отремонтировать или заменить в удобное время до отказа. Это дает экономию по сравнению с техническим обслуживанием, основанным на состоянии, поскольку после выхода детали из строя зачастую транспортное средство нельзя использовать до ремонта. Это часто приводит к трудностям планирования, если транспортное средство выходит из строя, когда оно было необходимо для получения дохода и не может быть использовано. Напротив, IVHM можно использовать для замены детали во время простоя автомобиля до выхода из строя. Это гарантирует, что он сможет продолжать приносить доход согласно графику.

Связь между автомобилем и обслуживающей организацией имеет решающее значение для своевременного устранения неисправностей. Баланс между тем, сколько данных должно быть отправлено обслуживающему персоналу во время использования и сколько данных должно быть загружено во время обслуживания, является тем, который следует тщательно оценивать. Одним из примеров этого является то, что известно как пересылка неисправностей. Когда в самолете возникает неисправность, система управления полетом сообщает об этом летному экипажу, но также отправляет сообщение через ACARS бригаде технического обслуживания, чтобы они могли начать планирование технического обслуживания еще до приземления самолета. Это дает преимущество во времени, поскольку они знают некоторые части и персонал, необходимые для устранения неисправности до приземления самолета. Однако канал связи стоит денег и имеет ограниченную пропускную способность, поэтому ценность этих данных о работоспособности и использовании следует тщательно оценивать с учетом того, следует ли их передавать или просто загружать во время следующего технического обслуживания или как часть процесса завершения работы оператора. .

Рекомендации

  1. ^ Дженнионс, И.К., Интегрированное управление состоянием транспортных средств: перспективы на развивающуюся область URL:http://books.sae.org/book-r-405
  2. ^ Aaseng, G.B. Чертеж интегрированной системы управления состоянием транспортных средств. В трудах 20-й конференции по системам цифровой авионики, Дейтона-Бич, Флорида, США, 14–18 октября, т. 1, стр. 3.C.1-1-3.C.1-11
  3. ^ http://www.nasa.gov/centers/ames/research/humaninspace/humansinspace-ivhm.html
  4. ^ Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА). Цели и задачи исследований и технологий для интегрированного управления состоянием транспортных средств (IVHM). Отчет NASA-CR-192656, октябрь 1992 г., Сервер технических отчетов НАСА https://ntrs.nasa.gov/search.jsp?R=19930013844&hterms=192656&qs=Ntx%3Dmode%2520matchallpartial%2520%26Ntk%3DAll%26N%3D0%26Ntt%3D192656
  5. ^ «Архивная копия». Архивировано из оригинал на 2017-09-09. Получено 2012-04-23.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь)
  6. ^ Судольский, М; ARINC 573/717, 767 и 647A: логический выбор для записи технического обслуживания и управления интерфейсом IVHM или обновления кадров, Ежегодная конференция Общества прогнозирования и управления здоровьем, 2009 г.
  7. ^ «Архивная копия». Архивировано из оригинал на 2012-07-22. Получено 2012-04-23.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь)
  8. ^ http://www.cranfield.ac.uk/ivhm/aboutus/index.html
  9. ^ Дженнионс, И.К., Интегрированное управление состоянием транспортных средств: перспективы на развивающуюся область URL:http://books.sae.org/book-r-405
  10. ^ Haddad, G .; Sandborn, P .; Печт, М; , «Использование реальных опций для управления техническим обслуживанием на основе условий с помощью PHM», Международная конференция IEEE по прогнозированию и управлению здравоохранением 2011 г., Денвер, Колорадо, 20–23 июня 2011 г. URL: http://www.calce.umd.edu/articles/abstracts/2011/Real-Options_Manage_Condition-based_PHM_abstract.html
  11. ^ «Архивная копия». Архивировано из оригинал на 2012-04-03. Получено 2012-05-25.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь)
  12. ^ Jennions, I.K; «История до сих пор - разработка центра IVHM», 14-й Австралийский международный аэрокосмический конгресс, 2 марта 2011 г., URL:http://www.cranfield.ac.uk/ivhm/pdf/aiac14%20keynote.pdf[постоянная мертвая ссылка]
  13. ^ Swearingen, K .; Majkowski, W .; Bruggeman, B .; Gilbertson, D .; Дансдон, Дж .; Sykes, B .; , «Обзор архитектуры открытой системы для технического обслуживания на основе состояния», Аэрокосмическая конференция, 2007 г., IEEE, стр. 1-8, 3–10 марта 2007 г .; DOI: 10.1109 / AERO.2007.352921. URL: https://ieeexplore.ieee.org/document/4161678
  14. ^ ISO. Женева, Швейцария, 2002 г., ISO 13374-1, Мониторинг состояния и диагностика машин - Обработка данных, передача и представление - Часть 1: Общие рекомендации. URL: http://www.iso.org/iso/iso_catalogue/catalogue_tc/catalogue_detail.htm?csnumber=21832

Смотрите также