Integrerad fordonshälsohantering
Integrated vehicle health management ( IVHM ) eller integrerad system health management ( ISHM ) är den enhetliga förmågan hos system att bedöma det nuvarande eller framtida tillståndet för medlemssystemets hälsa och integrera den bilden av systemets hälsa inom en ram av tillgängliga resurser och operativ efterfrågan.
Mål för IVHM
Syftet med IVHM är att möjliggöra bättre hantering av fordons- och fordonsflottans hälsa.
- Förbättra säkerheten genom att använda diagnostik och prognostik för att åtgärda fel innan de är ett problem.
- Förbättra tillgängligheten genom bättre underhållsschema
- Förbättra tillförlitligheten genom en mer grundlig förståelse av systemets nuvarande tillstånd och prognosbaserat underhåll
- Minska totalkostnaden för underhåll genom att minska onödigt underhåll och undvika oplanerat underhåll
Detta uppnås genom korrekt användning av tillförlitliga avkänning- och prognossystem för att övervaka delars hälsa och även genom att använda användningsdata för att hjälpa till att förstå den upplevda lasten och trolig framtida fordonsbelastning.
Historia
Ursprung
Det har föreslagits att IVHM som namngivet koncept har funnits sedan 1970-talet. Det verkar dock inte finnas mycket i vägen för skriftliga bevis för detta. IVHM som koncept växte fram ur populära metoder för flygunderhåll. Det var ett naturligt nästa steg från tillståndsbaserat underhåll. När sensorerna förbättrades och vår förståelse för de berörda systemen växte, blev det möjligt att inte bara upptäcka fel utan också att förutsäga det. Den höga enhetskostnaden och höga underhållskostnaderna för flygplan och rymdfarkoster gjorde alla framsteg inom underhållsmetoder mycket attraktiva. NASA var en av de första organisationerna som använde namnet IVHM för att beskriva hur de ville närma sig underhåll av rymdfarkoster i framtiden. De skapade NASA-CR-192656, 1992 med hjälp av General Research Corporation och Orbital Technologies Corporation. Detta var ett mål- och måldokument där de diskuterade tekniken och underhållskoncepten som de trodde skulle vara nödvändiga för att öka säkerheten och samtidigt minska underhållskostnaderna i deras nästa generations fordon. Många företag har sedan dess blivit intresserade av IVHM och litteraturen har ökat kraftigt. Det finns nu IVHM-lösningar för många olika typer av fordon från JSF till kommersiella åkeri.
Första rymdprognostik
Den första publicerade historien om att förutsäga misslyckanden i rymdfarkostutrustning inträffade på de 12 Rockwell/US Air Force Global Positioning System Block I (Fas 1) satelliter med användning av icke-repeterbara transienta händelser (NRTE) och GPS Kalman-filterdata från GPS Master Control Station, mellan 1978 och 1984 av GPS Space and Ground Segment Manager. NRTE:er isolerades till GPS-satelliterna efter att missionsoperationsstödspersonal spelade upp realtidssatellittelemetrin och uteslöt RF- och landlinjebrus orsakat av dåligt Eb/No eller S/N och problem med datainsamling och displaysystem. GPS-satellitens leverantörer av delsystemutrustning diagnostiserade NRTE som systembrus som föregick utrustningsfelen eftersom man vid den tiden trodde att alla utrustningsfel inträffade omedelbart och slumpmässigt och därför kunde utrustningsfel inte förutsägas (t.ex. utrustningsfel uppvisade minneslöst beteende). Rockwell International GPS Systems Engineering Manager beordrade ett slut på att förutsäga fel på GPS-satellitutrustning 1983 och hävdade att det inte var möjligt och att företaget inte hade kontrakt för att göra det. Den prognostiska analysen som slutfördes på GPS-satellittelemetri publicerades kvartalsvis som en CDRL till GPS-programkontorets personal och en mängd olika flygvapnets underleverantörer som arbetar med GPS-programmet.
Ytterligare utveckling
En av de viktigaste milstolparna i skapandet av IVHM för flygplan var serien av ARINC- standarder som gjorde det möjligt för olika tillverkare att skapa utrustning som skulle fungera tillsammans och kunna skicka diagnostiska data från flygplanet till underhållsorganisationen på marken. ACARS används ofta för att kommunicera underhålls- och driftsdata mellan flygbesättningen och markbesättningen. Detta har lett till koncept som har antagits i IVHM.
En annan milstolpe var skapandet av hälso- och användningsövervakningssystem (HUMS) för helikoptrar som arbetar till stöd för oljeriggarna i Nordsjön . Detta är nyckelbegreppet att användningsdata kan användas för att underlätta underhållsplanering. FOQA- eller Flight Data-system liknar HUMS eftersom de övervakar fordonsanvändningen. De är användbara för IVHM på samma sätt som de gör det möjligt att förstå användningen av fordonet noggrant, vilket underlättar designen av framtida fordon. Det gör det också möjligt att identifiera och korrigera överdriven belastning och användning. Till exempel, om ett flygplan upplever täta tunga landningar, kan underhållsschemat för underredet ändras för att säkerställa att de inte slits för snabbt under den ökade belastningen. Den belastning som flygplanet bär kan minskas i framtiden eller så kan operatörerna ges ytterligare utbildning för att förbättra kvaliteten på landningarna.
Den växande karaktären på detta område ledde till att Boeing startade ett IVHM-center med Cranfield University 2008 för att fungera som ett världsledande forskningscentrum. IVHM-centret har sedan dess erbjudit världens första IVHM Msc-kurs och är värd för flera doktorander som forskar om tillämpningen av IVHM inom olika områden.
Filosofi
IVHM ägnar sig inte bara åt fordonets nuvarande skick utan också om hälsan under hela dess livscykel . IVHM undersöker fordonshälsan mot fordonsanvändningsdata och inom ramen för liknande information för andra fordon inom flottan. Fordon i bruk uppvisar unika användningsegenskaper och även vissa egenskaper som är vanliga i hela flottan. Där användningsdata och systemhälsodata finns tillgängliga kan dessa analyseras för att identifiera dessa egenskaper. Detta är användbart vid identifiering av problem som är unika för ett fordon samt för att identifiera trender i fordonsförsämring över hela fordonsparken.
IVHM är ett koncept för hela underhållslivscykeln för ett fordon (eller maskinanläggningsinstallation). Den använder sig i stor utsträckning av inbyggda sensorer och självövervakningsutrustning i kombination med prognostik och diagnostiska resonemang. När det gäller fordon är det typiskt att det finns en datainsamlingsmodul ombord och en diagnostisk enhet. Vissa fordon kan överföra utvalda data tillbaka till basen när de används genom olika rf-system. Närhelst fordonet är i basen överförs data också till en uppsättning underhållsdatorer som också behandlar dessa data för en djupare förståelse av fordonets verkliga hälsa. Användningen av fordonet kan också matchas till försämringen av delar och förbättra prognosförutsägelsens noggrannhet .
Den återstående livslängden används för att planera utbyte eller reparation av delen vid någon lämplig tidpunkt före fel. Besväret med att ta fordonet ur bruk balanseras mot kostnaden för oplanerat underhåll för att säkerställa att delen byts ut vid den optimala punkten före fel. Denna process har jämförts med processen att välja när man ska köpa finansiella alternativ eftersom kostnaden för planerat underhåll måste balanseras mot risken för fel och kostnaden för oplanerat underhåll.
Detta skiljer sig från tillståndsbaserat underhåll (CBM) där delen byts ut när den har misslyckats eller när en tröskel har passerats. Detta innebär ofta att fordonet tas ur bruk vid en obekväm tidpunkt då det kan generera intäkter. Det är att föredra att använda en IVHM-metod för att ersätta den vid den mest lämpliga tidpunkten. Detta möjliggör en minskning av livslängden för avfallskomponenter som orsakas av att delen byts ut för tidigt och minskar också kostnaderna för oplanerat underhåll. Detta är möjligt på grund av det ökade prognostiska avståndet som tillhandahålls av en IVHM-lösning. Det finns många tekniker som används i IVHM. Området i sig växer fortfarande och många tekniker läggs fortfarande till i kunskapsmassan.
Arkitektur
Hälsoövervakningssensorer är inbyggda i fordonet och rapporterar till en databehandlingsenhet. En del av data kan manipuleras ombord för omedelbar systemdiagnos och prognos. Kortare tid bearbetas kritiska data utanför ombord. Alla historiska data för fordonet kan jämföras med nuvarande prestanda för att identifiera nedbrytningstrender på en mer detaljerad nivå än vad som kan göras ombord på fordonet. Allt detta används för att förbättra tillförlitligheten och tillgängligheten och uppgifterna återkopplas även till tillverkaren för att de ska kunna förbättra sin produkt.
En standardarkitektur för IVHM har föreslagits som OSA-CBM-standarden som ger en struktur för datainsamling, analys och handling. Detta är avsett att underlätta interoperabilitet mellan IVHM-system hos olika leverantörer. De viktigaste delarna inom OSA-CBM är
- Datainsamling (DA)
- Datamanipulation (DM)
- Tillståndsdetektering (SD)
- Hälsobedömning (HA)
- Prognosbedömning (PA)
- Advisory generation (AG)
Dessa är upplagda inom ISO 13374
Systemet är inte avsett att ersätta säkerhetskritiska varningar som ett flygplans flygledningssystem utan istället för att komplettera dem och kanske också utnyttja befintliga sensorer för hjälp med systemhälsoövervakning. Idealiska system att övervaka är de system, delsystem och strukturella element som sannolikt kommer att uppvisa graciös försämring så att de kan repareras eller bytas ut vid lämplig tidpunkt före fel. Detta ger en besparing över tillståndsbaserat underhåll eftersom när en del har gått sönder ofta ett fordon inte kan användas förrän det har reparerats. Detta resulterar ofta i schemaläggningssvårigheter om fordonet misslyckas när det behövdes för inkomstgenerering och inte kan användas. Däremot kan IVHM användas för att byta ut delen under fordonets stilleståndstid före fel. Detta säkerställer att det kan fortsätta att generera intäkter som planerat.
Kommunikation mellan fordonet och underhållsorganisationen är avgörande för att åtgärda fel i tid. Balansen mellan hur mycket data som ska skickas till underhållaren under användning och hur mycket som ska laddas ner under underhåll är en som måste bedömas noggrant. Ett exempel på detta är vad som kallas för vidarebefordran av fel . När ett flygplan upplever ett fel rapporterar flygledningssystemet det till flygbesättningen men skickar också ett meddelande via ACARS till underhållsteamet så att de kan påbörja sin underhållsplanering innan flygplanet har landat. Detta ger en tidsfördel eftersom de känner till en del av de delar och personal som krävs för att åtgärda felet innan flygplanet har landat. Men kommunikationslänken kostar pengar och har en begränsad bandbredd, så värdet av dessa hälso- och användningsdata måste bedömas noggrant med hänsyn till om den ska överföras eller bara laddas ner under nästa underhåll eller som en del av operatörens avstängningsprocessen .