Интегрированное управление состоянием транспортных средств

Интегрированное управление состоянием транспортных средств ( IVHM ) или интегрированное управление состоянием системы ( ISHM ) — это унифицированная способность систем оценивать текущее или будущее состояние здоровья системы-члена и интегрировать эту картину состояния системы в рамки доступных ресурсов и эксплуатационных потребностей. ^[1]

Цели IVHM

Целью IVHM является улучшение управления состоянием транспортных средств и автопарка.

Повышайте безопасность за счет использования средств диагностики и прогнозирования для устранения неисправностей до того, как они станут проблемой.
Повышение доступности за счет лучшего планирования технического обслуживания
Повышение надежности за счет более глубокого понимания текущего состояния системы и технического обслуживания на основе прогнозов.
Сокращение общих затрат на техническое обслуживание за счет сокращения ненужного обслуживания и предотвращения внепланового обслуживания.

Это достигается за счет правильного использования надежных систем датчиков и прогнозирования для мониторинга состояния деталей, а также использования данных об использовании, которые помогают 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 этому, по-видимому, не так много. IVHM как концепция выросла из популярных методов технического обслуживания авиации. Это был естественный следующий шаг от технического обслуживания по состоянию. По мере совершенствования датчиков и роста нашего понимания соответствующих систем стало возможным не только обнаруживать сбои, но и прогнозировать их. Высокие удельные затраты и высокие затраты на техническое обслуживание самолетов и космических аппаратов сделали любой прогресс в методах технического обслуживания очень привлекательным. НАСА ^[3] была одной из первых организаций, использовавших название IVHM для описания своего подхода к техническому обслуживанию космических кораблей в будущем. Они создали NASA-CR-192656, ^[4] в 1992 году при содействии General Research Corporation и Orbital Technologies Corporation. ^[5] Это был документ о целях и задачах, в котором они обсуждали концепции технологий и технического обслуживания, которые, по их мнению, будут необходимы для повышения безопасности при одновременном снижении затрат на техническое обслуживание в их транспортных средствах следующего поколения. С тех пор многие компании заинтересовались IVHM, и объем литературы существенно увеличился. В настоящее время существуют решения IVHM для самых разных типов транспортных средств, от JSF до коммерческих грузовых автомобилей.

Первые космические прогнозы

Первая опубликованная история прогнозирования отказов оборудования космических кораблей произошла на 12 спутниках системы глобального позиционирования Rockwell/ВВС США Блок I (Фаза 1) с использованием неповторяющихся переходных процессов (NRTE) и данных фильтра GPS Калмана с главной станции управления GPS между 1978 и 1984 годы — менеджер космического и наземного сегмента GPS. NRTE были изолированы от спутников GPS после того, как персонал поддержки операций миссии воспроизвел спутниковую телеметрию в реальном времени, исключив радиочастотный и наземный шум, вызванный плохим Eb/No или S/N , а также проблемами сбора и обработки данных в системе отображения. Поставщики оборудования подсистемы спутника GPS диагностировали NRTE как системный шум, который предшествовал отказам оборудования, поскольку в то время считалось, что все отказы оборудования происходят мгновенно и случайным образом, и поэтому отказы оборудования невозможно предсказать (например, отказы оборудования проявляют поведение без памяти). В 1983 году менеджер по проектированию GPS-систем Rockwell International приказал прекратить прогнозирование сбоев спутникового оборудования GPS, заявив, что это невозможно и у компании нет на это контракта. Прогностический анализ, который был выполнен с помощью спутниковой телеметрии GPS, публиковался ежеквартально по контракту в качестве CDRL для персонала офиса программы GPS и широкого круга субподрядчиков ВВС, работающих над программой GPS.

Дальнейшее развитие

Одной из ключевых вех в создании IVHM для самолетов стала серия стандартов ARINC , которые позволили различным производителям создавать 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 о техническом обслуживании и эксплуатации между летным и наземным экипажем. Это привело к появлению концепций, которые были приняты в IVHM.

Еще одной важной вехой стало создание систем мониторинга работоспособности и использования (HUMS) для вертолетов , обслуживающих нефтяные вышки в Северном море . Это ключевая концепция, заключающаяся в том, что данные об использовании могут использоваться для планирования технического обслуживания. Системы FOQA или Flight Data похожи на HUMS, поскольку они контролируют использование транспортного средства. Они полезны для IVHM так же, как позволяют полностью понять использование транспортного средства, что помогает при проектировании будущих транспортных средств. Это также позволяет выявлять и корректировать чрезмерные нагрузки и использование. Например, если самолет часто совершал тяжелые посадки, график технического обслуживания ходовой части можно изменить, чтобы гарантировать, что они не изнашиваются слишком быстро под повышенной нагрузкой. В будущем можно уменьшить нагрузку на самолет или пройти дополнительную подготовку операторов для улучшения качества приземления.

Растущая природа этой области привела к тому, что компания Boeing ^[7] создать центр IVHM при Университете Крэнфилда в 2008 году, который станет ведущим мировым исследовательским центром. ^[8] С тех пор центр IVHM предложил первый в мире магистерский курс IVHM и принимает нескольких аспирантов, исследующих применение IVHM в различных областях.

Философия

IVHM заботится не только о текущем состоянии транспортного средства, но и о его здоровье на протяжении всего его жизненного цикла . IVHM проверяет состояние транспортного средства на основе данных об его использовании и в контексте аналогичной информации о других транспортных средствах в парке. Используемые автомобили демонстрируют уникальные характеристики использования , а также некоторые характеристики, общие для всего парка. Если доступны данные об использовании и состоянии системы, их можно проанализировать для выявления этих характеристик. Это полезно в Выявление проблем, уникальных для одного автомобиля, а также выявление тенденций деградации транспортных средств во всем автопарке.

IVHM — это концепция полного жизненного цикла технического обслуживания транспортного средства (или установки машинного оборудования). Он широко использует встроенные датчики и оборудование самоконтроля в сочетании с прогностическими и диагностическими рассуждениями. В случае транспортных средств обычно на борту имеется модуль сбора данных и диагностический блок. Некоторые транспортные средства могут передавать выбранные данные обратно на базу во время использования через различные радиочастотные системы. Всякий раз, когда автомобиль находится на стоянке, данные также передаются на набор компьютеров технического обслуживания, которые также обрабатывают эти данные для более глубокого понимания истинного состояния автомобиля. Использование транспортного средства также можно сопоставить с износом деталей и повысить точность прогнозирования .

Оставшийся срок полезного использования используется для планирования замены или ремонта детали в удобное время до ее выхода из строя. Неудобство вывода автомобиля из эксплуатации сбалансировано стоимостью внепланового технического обслуживания, чтобы обеспечить замену детали в оптимальном месте до выхода из строя. Этот процесс сравнивают с процессом выбора момента покупки финансовых вариантов, поскольку стоимость планового обслуживания должна быть сбалансирована с риском отказа и стоимостью внепланового обслуживания. ^[10]

Это отличается от технического обслуживания по состоянию (CBM), где деталь заменяется в случае выхода из строя или при достижении порогового значения. ^[11] Зачастую это предполагает вывод автомобиля из эксплуатации в неудобное время, когда оно могло бы приносить доход. Предпочтительно использовать подход IVHM, чтобы заменить его в наиболее удобное время. Это позволяет сократить срок службы ненужных компонентов, вызванных слишком ранней заменой детали, а также снизить затраты, связанные с внеплановым техническим обслуживанием. Это возможно благодаря увеличенному прогностическому расстоянию, обеспечиваемому решением IVHM. В IVHM используется множество технологий. Сама эта область все еще развивается, и многие методы по-прежнему добавляются к массиву знаний.

Архитектура

Датчики мониторинга состояния встроены в автомобиль и передают данные в блок обработки данных. Некоторыми данными можно манипулировать на борту для немедленной диагностики и прогнозирования системы. Меньше критичных по времени данных обрабатываются вне системы. Все исторические данные по транспортному средству можно сравнить с текущими характеристиками, чтобы определить тенденции деградации на более детальном уровне, чем это можно было бы сделать на борту транспортного средства. Все это используется для повышения надежности и доступности, а также данные передаются производителю для улучшения его продукта. ^[12]

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

Сбор данных (ДА)
Манипулирование данными (DM)
Обнаружение состояния (SD)
Оценка здоровья (HA)
Оценка прогноза (ПА)
Генерация рекомендаций (AG)

Они изложены в стандарте 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. Идеальными системами для мониторинга являются те системы, подсистемы и структурные элементы, которые, скорее всего, будут постепенно деградировать, так что их можно будет отремонтировать или заменить в удобное время до выхода из строя. Это дает экономию по сравнению с обслуживанием по состоянию, поскольку в случае выхода из строя детали автомобиль часто нельзя использовать до тех пор, пока он не будет отремонтирован. Это часто приводит к трудностям с планированием, если транспортное средство выходит из строя, когда оно было необходимо для получения дохода, и его нельзя использовать. Напротив, IVHM можно использовать для замены детали во время простоя автомобиля до поломки. Это гарантирует, что он сможет продолжать приносить доход в соответствии с графиком.

Связь между транспортным средством и организацией по техническому обслуживанию имеет решающее значение для своевременного устранения неисправностей. Баланс между тем, сколько данных следует отправлять специалисту по сопровождению во время использования и сколько данных следует загружать во время обслуживания, необходимо тщательно оценивать. Одним из примеров этого является так называемая переадресация ошибок . Когда в самолете возникает неисправность, система управления полетом сообщает об этом летному экипажу, а также отправляет сообщение через ACARS группе технического обслуживания, чтобы они могли начать планирование технического обслуживания до приземления самолета. Это дает преимущество во времени, поскольку они знают некоторые детали и персонал, необходимые для устранения неисправности до того, как самолет приземлится. Однако линия связи стоит денег и имеет ограниченную пропускную способность, поэтому ценность этих данных о работоспособности и использовании необходимо тщательно оценивать с учетом того, следует ли их передавать или просто загружать во время следующего технического обслуживания или как часть процесса отключения оператора. .

Ссылки

^ Дженнионс, Индиана, Интегрированное управление состоянием транспортных средств: перспективы новой области URL: http://books.sae.org/book-r-405
^ Аасенг, Великобритания Проект интегрированной системы управления состоянием транспортных средств. В материалах 20-й конференции по цифровым авиационным системам, Дейтона-Бич, Флорида, США, 14–18 октября, вып. 1, стр. 3.C.1-1-3.C.1-11
^ NASA.gov
^ Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА). Цели и задачи исследований и технологий в области комплексного 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% 26Нтт%3D192656
^ «Добро пожаловать в Корпорацию Орбитальных Технологий» . Архивировано из оригинала 9 сентября 2017 г. Проверено 23 апреля 2012 г.
^ Судольский, М; ARINC 573/717, 767 и 647A: Логический выбор для записи технического обслуживания и управления интерфейсом IVHM или обновления кадров, Ежегодная конференция Общества прогностики и управления здоровьем, 2009 г.
^ «Boeing в Великобритании: Центр комплексного управления состоянием транспортных средств» . Архивировано из оригинала 22 июля 2012 г. Проверено 23 апреля 2012 г.
^ «Интегрированный центр управления состоянием транспортных средств (IVHM)» .
^ Дженнионс, Индиана, Интегрированное управление состоянием транспортных средств: перспективы новой области URL: http://books.sae.org/book-r-405
^ Хаддад, Г.; Сэндборн, П.; Пехт, М; , «Использование реальных возможностей для управления обслуживанием по состоянию с помощью PHM», Международная конференция IEEE по прогнозированию и управлению здоровьем, 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
^ «Стратегия технического обслуживания по состоянию для предотвращения отказов оборудования» . Архивировано из оригинала 3 апреля 2012 г. Проверено 25 мая 2012 г.
^ Дженнионс, Индиана; «История на данный момент – развитие 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 ]}
^ Сверинген, К.; Майковски, В.; Брюггеман, Б.; Гилбертсон, Д.; Дансдон, Дж.; Сайкс, Б.; , «Архитектура открытой системы для обзора технического обслуживания по состоянию», Аэрокосмическая конференция, 2007 г., IEEE, стр. 1–8, 3–10 марта 2007 г.; дои: 10.1109/AERO.2007.352921. URL: https://ieeexplore.ieee.org/document/4161678.
^ ИСО. Женева, Швейцария, 2002 г., ISO 13374-1, Мониторинг состояния и диагностика машин. Обработка, передача и представление данных. Часть 1. Общие рекомендации. URL: http://www.iso.org/iso/iso_catalogue/catalogue_tc/catalogue_detail.htm?csnumber=21832.

См. также

[1] Дженнионс, Индиана, Интегрированное управление состоянием транспортных средств: перспективы новой области URL: http://books.sae.org/book-r-405

[2] Аасенг, Великобритания Проект интегрированной системы управления состоянием транспортных средств. В материалах 20-й конференции по цифровым авиационным системам, Дейтона-Бич, Флорида, США, 14–18 октября, вып. 1, стр. 3.C.1-1-3.C.1-11

[3] NASA.gov

[4] Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА). Цели и задачи исследований и технологий в области комплексного 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% 26Нтт%3D192656

[5] «Добро пожаловать в Корпорацию Орбитальных Технологий» . Архивировано из оригинала 9 сентября 2017 г. Проверено 23 апреля 2012 г.

[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 прогностики и управления здоровьем, 2009 г.

[7] «Boeing в Великобритании: Центр комплексного управления состоянием транспортных средств» . Архивировано из оригинала 22 июля 2012 г. Проверено 23 апреля 2012 г.

[8] «Интегрированный центр управления состоянием транспортных средств (IVHM)» .

[9] Дженнионс, Индиана, Интегрированное управление состоянием транспортных средств: перспективы новой области URL: http://books.sae.org/book-r-405

[10] Хаддад, Г.; Сэндборн, П.; Пехт, М; , «Использование реальных возможностей для управления обслуживанием по состоянию с помощью PHM», Международная конференция IEEE по прогнозированию и управлению здоровьем, 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] «Стратегия технического обслуживания по состоянию для предотвращения отказов оборудования» . Архивировано из оригинала 3 апреля 2012 г. Проверено 25 мая 2012 г.

[12] Дженнионс, Индиана; «История на данный момент – развитие 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] Сверинген, К.; Майковски, В.; Брюггеман, Б.; Гилбертсон, Д.; Дансдон, Дж.; Сайкс, Б.; , «Архитектура открытой системы для обзора технического обслуживания по состоянию», Аэрокосмическая конференция, 2007 г., IEEE, стр. 1–8, 3–10 марта 2007 г.; дои: 10.1109/AERO.2007.352921. URL: https://ieeexplore.ieee.org/document/4161678.

[14] ИСО. Женева, Швейцария, 2002 г., ISO 13374-1, Мониторинг состояния и диагностика машин. Обработка, передача и представление данных. Часть 1. Общие рекомендации. URL: http://www.iso.org/iso/iso_catalogue/catalogue_tc/catalogue_detail.htm?csnumber=21832.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]