BR102015000309A2

BR102015000309A2 - método para um sistema de estimativa da vida útil restante

Info

Publication number: BR102015000309A2
Application number: BR102015000309A
Authority: BR
Inventors: Bernard Dion; Richard Joseph Sopko
Original assignee: Simmonds Precision Products
Priority date: 2014-01-13
Filing date: 2015-01-07
Publication date: 2016-06-07
Also published as: EP2899676A1; CA2875011A1; JP2015133115A; US20150198492A1

Abstract

método para um sistema de estimativa da vida útil restante. a presente divulgação diz respeito a um método para um sistema de estimativa da vida útil restante, o sistema compreende uma combinação de hardware e software, configurada para calcular a vida útil restante (rul) de uma parte. o sistema pode ser configurado para receber, como entrada, informação que caracteriza o desenho de engenharia da parte (geometria, material, cargas do desenho), medições reais do perfil de degradação histórica da parte, estimativas do uso de carga estimado da parte e aproximações da capacidade de carregamento da carga estrutural restante da parte.

Description

“MÉTODO PARA UM SISTEMA DE ESTIMATIVA DA VIDA ÚTIL RESTANTE” CAMPO DA INVENCÀO

[001] A presente descrição refere-se à determinação de uma vida útil restante de uma parte ou peça de equipamento.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[002] Frequentemente, uma falta de informação é disponível para tomadores de decisão para eficiente planejamento de despacho de equipamento futuro e inventário de partes reservas. Por exemplo, informação que detalha a quantidade de tempo restante antes que uma parte ou partes do equipamento passem por falha, de maneira tal que o equipamento não possa mais realizar sua função, é tradicionalmente ausente. Este tempo restante é referido como Vida Útil Restante (RUL) de uma parte. RUL é considerada uma função de prognóstico.

SUMÁRIO DA INVENCÀO

[003] A presente descrição refere-se a um método e/ou a um sistema com base em computador configurados para determinar uma vida útil restante de uma parte. De acordo com várias modalidades, o método pode compreender receber, por um módulo de planejamento e uso de um sistema com base em computador, pelo menos um de planos de uso e relatórios de uso de uma parte. O método pode compreender receber, por um módulo sensor do sistema com base em computador, dados de medição por meio dos sensores associados com a parte. O método pode compreender receber, por um módulo da atividade de gravação da observação do sistema com base em computador, fenômeno observável gravado associado com a parte. O método pode compreender receber, por um módulo de característica do sistema com base em computador, dados associados com as propriedades de material da parte.

[004] De acordo com várias modalidades, o método pode incluir receber pelo menos um de dados de característica da parte, medições de degradação histórica da parte, estimativas do uso de carga estimado da parte e aproximações da capacidade de carregamento da carga estrutural restante da parte. Esta informação pode ser correlacionada e processada. O método pode incluir calcular a vida útil restante da parte.

DESCRIÇÃO RESUMIDA DOS DESENHOS

[005] O assunto em questão da presente divulgação é particularmente apontado e distintamente reivindicado na parte de conclusão da especificação. Um entendimento mais completo da presente divulgação, entretanto, pode ser melhor obtido pela referência à descrição detalhada e reivindicações quando consideradas em conexão com as figuras do desenho, em que números iguais denotam elementos iguais.

[006] A figura 1 representa um fluxo de processo de um sistema aqui descrito de acordo com várias modalidades; e a figura 2 representa um sistema com base em computador configurado de acordo com várias modalidades.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[007] Aqui, a descrição detalhada de modalidades exemplares faz referência aos desenhos anexos, que mostram modalidades exemplares a título de ilustração e seus melhores modos. Embora estas modalidades exemplares sejam descritas com detalhes suficientes para habilitar versados na técnica a praticar a divulgação, entende-se que outras modalidades podem ser realizadas e que mudanças lógicas podem ser feitas sem fugir do espírito e do escopo da divulgação. Assim, aqui, a descrição detalhada é apresentada com propósitos de ilustração somente e não de limitação. Por exemplo, as etapas citadas em qualquer uma das descrições do método ou do processo podem ser executadas em qualquer ordem e não são necessariamente limitadas à ordem apresentada. Além do mais, qualquer referência ao singular inclui modalidades plurais, e qualquer referência a mais de um componente ou etapa pode incluir uma modalidade ou uma etapa singulares.

[008] A presente divulgação diz respeito a um sistema de estimativa da vida útil restante (RULF) 100. De acordo com várias modalidades e em relação à figura 1, o sistema RULF 100 compreende uma combinação de componentes funcionais configurados para calcular a vida útil restante (RUL) de uma parte. O sistema RULF 100 pode ser configurado para receber várias entradas, tais como informação que caracteriza o desenho de engenharia da parte (geometria, material, cargas do desenho), medições reais do perfil de degradação histórica da parte, estimativas do uso de carga estimado da parte e aproximações da capacidade de carregamento da carga estrutural restante da parte. O sistema RULF 100 compreende os sistemas, os processadores e/ou os módulos para integrar estes dados, informação e funcionalidade de cálculo em um sistema.

[009] O sistema RULF 100 pode ser configurado para armazenar, por exemplo, em uma base de dados, um nível de degradação atual da parte (capacidade de carregamento da carga restante), históricos do estado da carga e informação de modelo característica. Em resposta à recepção de uma consulta, estas bases de dados proveem a informação e modelos usados pela Função de Cálculo da RUL para determinar as taxas de mudança atuais e futuras da capacidade de carregamento da carga. A mecânica das equações com base em materiais que representam estas taxas de mudança é em função de propriedades de material da parte, da geometria, do ambiente (por exemplo, temperatura), de estimativas do estado da carga, da mecânica dos relacionamentos dos materiais e do tempo. Estas equações são numericamente integradas como uma função de tempo até que a capacidade de carregamento da carga alcance um limite que indica falha. O tempo decorrido de um tempo presente até o tempo no qual a função alcança esta capacidade é a RUL. A equação da taxa de mudança da capacidade de carregamento da carga, com base no modo de carregamento, é da seguinte forma: dn / dt f(ft > fgeometria; fambiente; fmaterial; F) em que n é a capacidade de carregamento da carga, Mode é um fator exponencial com base no tipo de carregamento, fgeometria, fambiente e fmaterial são formulações com base em modelo e F é um estado da carga generalizado. A equação para dn / dt pode ser numericamente integrada como uma função de tempo até que a capacidade de carregamento da carga alcance um limite que indica falha. O tempo no qual a função alcança e/ou se aproxima desta capacidade é a vida útil restante (RUL) 190 da parte. Esta pode ser transmitida e/ou emitida por meio de uma tela, por exemplo, para um usuário.

[0010] De acordo com várias modalidades, o sistema RULF 100 pode ser uma combinação dos seguintes elementos: hardware de computação, hardware de sensor e módulos lógicos configurados para realizar várias funções de processamento. Diferentes funções do sistema podem ser implementadas em um destes, ou em uma combinação destes, elementos. Estes elementos podem ser integrados no equipamento alvo, providos em uma plataforma de computação móvel no equipamento alvo ou em uma plataforma de computação remota. Cada função transforma dados ou informação em informação para uso em uma outra função à jusante ou para uso nos cálculos da RUL final.

[0011] As bases de dados a partir das quais a Função de Cálculo da RUL 180 recebe dados e informação são a Base de Dados do Histórico do Estado da Carga da Parte 155, a Base de Dados do Histórico de Degradação da Parte 165 e a Base de Dados do Modelo de Caracterização da Parte 175. Estas bases de dados 155, 165, 175 são preenchidas com dados e informação provenientes das funções de suporte. Os dados da Base de Dados do Histórico do Estado da Carga da Parte 155 são gerados por uma Função de Caracterização do Estado da Carga 150, que usa dados e informação provenientes da Função de Compilação de Planejamento & Uso 115 e uma Função Sensora 125 para caracterizar o histórico da carga, em termos de forças e ambientes que uma parte experimenta durante o tempo. Os dados da Base de Dados do Histórico de Degradação da Parte 165 são gerados pela Função de Estimativa de Degradação 160 e a Função da Atividade de Gravação de Observação 135, que usam dados provenientes de uma Função Sensora 125 e uma Função da Atividade de Gravação de Observação 135 que grava atividades para gravar a degradação da parte, em termos de capacidade de carregamento da carga. A Base de Dados do Modelo de Característica da Parte 175 é gerada usando dados providos por um esforço de desenvolvimento do modelo de engenharia, a Função de Desenvolvimento do Modelo Característico 145, que caracteriza os modelos da taxa de perda do material em massa em termos de dados de engenharia e conceitos de Mecânica do Material.

[0012] De acordo com várias modalidades, a função de compilação de planejamento e uso 115 pode ser realizada por um módulo de planejamento e uso de um sistema com base em computador. A Função Sensora 125 pode ser realizada por um módulo sensor do sistema com base em computador. A Função da Atividade de Gravação de Observação 135 pode ser realizada por um módulo da atividade de gravação da observação do sistema com base em computador. A Função de Desenvolvimento do Modelo Característico 145 pode ser realizada por um módulo de desenvolvimento do modelo característico do sistema com base em computador.

[0013] O sistema RULF 100 integra vários elementos requisitos para executar estimativa de RUL da parte usando uma abordagem de mecânica de materiais. A abordagem pode compreender uma teoria com base em mecânica de material para aproximar tensão em função de capacidade de carregamento da carga de carregamento e estrutural. Tradicionalmente, a maioria das abordagens para estimar RUL para uma parte se baseiam e envolvem técnicas probabilísticas e estatísticas com base em dados somente. Usar o modelo com base na abordagem da mecânica de material reduz o número e o escopo de conjuntos de dados de treinamento envolvidos no desenvolvimento da técnica RUL para uma dada parte. Atribuir valores conhecidos a aspectos dos modelos RUL, tais como dimensões geométricas, fatores de concentração da tensão e módulos de elasticidade, reduz as fontes de variabilidade nos cálculos da RUL.

[0014] Esta abordagem é uma melhoria em relação a outras técnicas de carregamento cíclico com base em modelo, tal como Paris Law, que são restritas a simples carregamentos de amplitude cíclica pseudoconstante. O modelo com base na abordagem da mecânica de material é com base no tempo, usando técnicas de solução de integração numérica, permitindo amplitude e carregamentos de duração generalizados.

[0015] A eqUaçaO da / dt f(w > /geometria, fambiente, /material, P) que pode ser, no geral, usada para prever a taxa de mudança de uma condição de falha com base em uma condição de falha atual da parte e outros fatores, tais como geometria, propriedades de material, fatores ambientais e o carregamento da parte. aAmode pode ser uma condição de falha e um tipo de carregamento atuais. Uma condição de falha atual pode ser armazenada na Base de Dados do Histórico de Degradação da Parte 165. fgeometria pode ser associado com a Base de Dados do Modelo de Caracterização da Parte 175. fgeometria pode ser um valor de engenharia, tal como um valor calculado a partir da forma, braço de alavanca e/ou forma de uma parte, /ambiente pode ser armazenado na Base de Dados do Modelo de Característica da Parte 175 e/ou na Base de Dados do Modelo de Caracterização da Parte 175.fmateriai pode ser armazenado na Base de Dados do Modelo de Característica da Parte 175. "f" pode corresponder a um carregamento armazenado na Base de Dados do Histórico do Estado da Carga da Parte 155.

[0016] Tensão experimentada por uma parte pode ser em função da geometria da parte. As propriedades de material, incluindo análise estrutural, dados experimentais, cargas do desenho e/ou a mecânica dos materiais, podem ser inseridas como dados 140 na Função de Desenvolvimento do Modelo Característico 145. Estes dados 140 podem ser processados através de uma análise e, então, armazenados em uma base de dados, tal como a Base de Dados do Modelo de Característica da Parte 175, de forma que eles possam ser recuperados e inseridos na Função de Cálculo da RUL 180.

[0017] Um fenômeno observável podem ser dados inseridos 130 na Função da Atividade de Gravação de Observação 135. Esta pode incluir uma alimentação de base de dados onde fenômenos fisicamente observados, tais como linhas, descoloração, curvas, torções, fissuras e/ou congêneres, são observados e gravados como uma função durante o tempo. Isto pode ser gravado como parte de um esforço de manutenção e/ou inspeção regular.

[0018] Sensores também podem inserir dados 120 no sistema RULF 100. Por exemplo, um aspecto de um fenômeno físico pode ser associado com uma condição de falha. Este aspecto pode ser uma tensão que cresce mais durante o tempo sob um carregamento conhecido. Dados percebidos analisados 120 podem ser alimentados na Base de Dados do Histórico do Estado da Carga da Parte 155 e/ou na Base de Dados do Histórico de Degradação da Parte 165.

[0019] De acordo com várias modalidades, qualquer dada parte irá experimentar um certo tipo de carregamento durante o tempo. Cada parte pode ter diferentes níveis de carga durante o tempo, dependendo de como esta parte está sendo usada. Por exemplo, no caso de um sistema de direção de helicóptero, em resposta a experiência de diferentes condições de voo, o sistema de direção de helicóptero pode ver diferentes níveis de torque. Os diferentes níveis de torque podem ser caracterizados e armazenados. Os dados do plano de uso e do relatório de uso 110 que representam este uso durante o tempo podem ser inseridos através da Função da Compilação de Uso 115.

[0020] Uma parte pode entrar em uma banda de degradação durante o tempo. Cada banda de degradação pode ter vários limites nos quais uma parte pode entrar. As funções do sistema RULF 100 podem ser afiadas para considerar estes limites com base em cada parte em inspeção. Em resposta às bases de dados 155, 165, 175 serem preenchidas com informação que pode ser continuamente atualizada e/ou periodicamente atualizada à medida que a parte é usada, os estados da carga, o histórico de degradação e os dados de engenharia são correlacionados em conjunto conforme necessário com o atual uso da parte. A taxa de mudança da equação da condição de falha pode ser utilizada para gerar um valor de vida útil restante para esta parte.

[0021] De acordo com várias modalidades, o método pode incluir receber pelo menos um de dados de característica da parte, medições de degradação histórica da parte, estimativas do uso de carga estimado da parte e aproximações da capacidade de carregamento da carga estrutural restante da parte. Esta informação pode ser correlacionada e processada. O método pode incluir calcular a vida útil restante da parte.

[0022] Benefícios, outras vantagens e soluções para os problemas foram aqui descritos em relação a modalidades específicas. Além do mais, pretende-se que as linhas de conexão mostradas nas várias figuras aqui contidas representem relacionamentos funcionais exemplares e/ou acoplamentos físicos entre os vários elementos. Deve-se notar que muitos relacionamentos funcionais ou conexões físicas alternativos ou adicionais podem estar presentes em um sistema prático. Entretanto, os benefícios, as vantagens, as soluções para os problemas e todos os elementos que podem fazer com que algum benefício, vantagem ou solução ocorram ou fiquem mais pronunciados não devem ser interpretados como recursos ou elementos críticos, exigidos ou essenciais da divulgação. O escopo da divulgação, desta maneira, deve ser limitado por nada mais que as reivindicações anexas, em que não pretende-se que a referência a um elemento no singular signifique "um e apenas um", a menos que explicitamente assim declarado, mas em vez disto, "um ou mais".

[0023] Sistemas, métodos e aparelhos são aqui providos. Na descrição aqui detalhada, referências a "várias modalidades", "uma modalidade", "umas modalidades", "uma modalidade de exemplo", etc., indicam que a modalidade descrita pode incluir um recurso, uma estrutura ou uma característica em particular, mas cada modalidade não precisa incluir necessariamente o recurso, a estrutura ou a característica em particular. Além do mais, tais frases não estão, necessariamente, se referindo à mesma modalidade. Adicionalmente, quando um recurso, uma estrutura ou uma característica em particular forem descritos em conexão com uma modalidade, sugere-se que não há conhecimento de versados na técnica que afete tais recurso, estrutura ou característica em conexão com outras modalidades, seja ou não explicitamente descrito. Depois da leitura da descrição, ficará aparente aos versados na técnica relevante como implementar a divulgação em modalidades alternativas. Diferente hachurado é usado por todas as figuras para denotar diferentes partes, mas não necessariamente para denotar os mesmos ou diferentes materiais.

[0024] De acordo com várias modalidades e em relação à figura 2, o sistema RULF 100 aqui descrito pode ser incorporado em um dispositivo de computação (por exemplo, processador 210) e uma memória associada 205. Por exemplo, métodos aqui descritos podem ser incorporados em um sistema com base em computador 101 configurado para determinar a RUL. A memória 205 pode compreender um artigo de fabricação que inclui uma mídia de armazenamento legível por computador tangível não temporária com instruções armazenadas em si que, em resposta à execução por um dispositivo de computação (por exemplo, o processador 210), fazem com que o dispositivo de computação realize vários métodos. O sistema com base em computador 101 pode ser operativamente acoplado em uma tela 215. O sistema com base em computador 101 pode ser operativamente acoplado em um receptor 220 e/ou transmissor 225 para a transferência de dados, tal como em uma rede.

[0025] Em várias modalidades, as modalidades são direcionadas para um ou mais sistemas de computador capazes de realizar a funcionalidade aqui descrita. O sistema de computador inclui um ou mais processadores, tal como o processador. O processador é conectado em uma infraestrutura de comunicação (por exemplo, um barramento de comunicações, barra de cruzamento ou rede). Várias modalidades de software são descritas em termos deste sistema de computador exemplar. Depois da leitura desta descrição, ficará aparente aos versados na técnica relevante como implementar várias modalidades usando outros sistemas e/ou arquiteturas de computador. O sistema de computador pode incluir uma interface de exibição que encaminha elementos gráficos, texto e outros dados provenientes da infraestrutura de comunicação (ou provenientes de um armazenamento temporário de quadro não mostrado) para exibição em uma unidade de exibição.

[0026] Os vários componentes do sistema aqui discutidos podem incluir um ou mais dos seguintes: um servidor hospedeiro ou outros sistemas de computação que incluem um processador para processamento de dados digitais; uma memória acoplada no processador para armazenar dados digitais; um digitalizador de entrada acoplado no processador para inserir dados digitais; um programa de aplicação armazenado na memória e acessível pelo processador para direcionar o processamento de dados digitais pelo processador; um dispositivo de exibição acoplado no processador e memória para exibir informação derivada a partir de dados digitais processados pelo processador; e uma pluralidade de bases de dados. Como versados na técnica percebem, o computador do usuário pode incluir um sistema operacional (por exemplo, Windows NT®, Windows 95/98/2000®, Windows XP®, Windows Vista®, Windows 7®, OS2, UNIX®, Linux®, Solaris®, MacOS, etc.), bem como vários softwares e drivers de suporte convencionais tipicamente associados com computadores.

[0027] Além do mais, não pretende-se que quaisquer elemento, componente ou etapa do método da presente divulgação sejam dedicados ao público, independente se o elemento, o componente ou a etapa do método são explicitamente citados nas reivindicações. Nenhum elemento de reivindicação deve ser aqui interpretado sob as provisões de 35 U.S.C. 112(f), a menos que o elemento seja expressamente citado usando a frase "meio para". Da forma aqui usada, pretende-se que os termos "compreende", "compreendendo" ou qualquer outra variação destes cubram uma inclusão não exclusiva, de maneira tal que um processo, um método, um artigo ou um aparelho que compreendem uma lista de elementos não incluam apenas estes elementos, mas possa incluir outros elementos não expressamente listados ou inerentes a tais processo, método, artigo ou aparelho.

Claims

1. Método para um sistema de estimativa da vida útil restante, caracterizado pelo fato de que compreende: receber, por um sistema com base em computador que compreende um processador e uma memória tangível não temporária configurado para determinar uma vida útil restante de uma parte, dados de característica da parte; receber, pelo sistema com base em computador, medições de degradação histórica da parte; receber, pelo sistema com base em computador, estimativas do uso de carga estimado da parte; receber, pelo sistema com base em computador, uma aproximação de uma capacidade de carregamento da carga estrutural restante da parte; determinar, pelo sistema com base em computador, a vida útil restante da parte com base em uma análise de pelo menos um dos dados de característica da parte recebidos, das medições de degradação histórica da parte, das estimativas do uso de carga estimado da parte, da capacidade de carregamento da carga estrutural restante da parte; e exibir, pelo sistema com base em computador, a vida útil restante da parte determinada por meio de uma tela.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a determinação da vida útil restante da parte compreende adicionalmente processar a equação: dn / dt = f(nModo, fgeometria, fambiente, jmaterial, F), em que dn / dt é a capacidade de carregamento da carga estrutural restante, «éa capacidade de carregamento da carga, Mode é um fator exponencial com base no tipo de carregamento, fgeometria, fambiente e fmaterial são formulações com base em modelo e F é um estado da carga generalizado.

3. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que ndnode é associado com uma condição de falha e um tipo de carregamento atuais.

4. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que /geometria é um valor de engenharia.

5. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que F é associado com um carregamento da parte.

6. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a equação para dn / dt pode ser numericamente integrada como uma função de tempo até que a capacidade de carregamento da carga estrutural restante alcance um limite que indica falha.

7. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que um tempo no qual a função alcança o limite que indica falha é a vida útil restante da parte.

8. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as medições de degradação histórica compreendem pelo menos um de uma capacidade de carregamento da carga restante, de um histórico do estado da carga e de uma informação de modelo característica da parte.

9. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os dados de característica da parte são acumulados, pelo menos em parte, por meio de inspeção manual.

10. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente receber, pelo sistema com base em computador, relatórios de uso da carga que detalham um uso da parte durante o tempo.

11. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os dados de característica da parte compreendem adicionalmente pelo menos um de dados de geometria da parte, de dados de material da parte e de cargas de desenho da parte.

12. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os dados de característica da parte, as medições de degradação histórica da parte, as estimativas do uso de carga estimado da parte e a capacidade de carregamento da carga estrutural restante recebidos da parte são agregados.

13. Método, caracterizado pelo fato de que compreende: receber, por um módulo de planejamento e uso de um sistema com base em computador que compreende um processador e uma memória tangível não temporária, pelo menos um de um plano de uso e de um relatório de uso de uma parte; receber, por um módulo sensor do sistema com base em computador, dados de medição por meio de um sensor associado com a parte; receber, por um módulo da atividade de gravação da observação do sistema com base em computador, um fenômeno observável gravado associado com a parte; receber, por um módulo de característica do sistema com base em computador, dados associados com uma propriedade de material da parte; e determinar, pelo sistema com base em computador, uma vida útil restante da parte.

14. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que os dados associados com a propriedade de material da parte compreendem pelo menos um de dados de geometria da parte, de dados de material da parte e de cargas de desenho da parte.

15. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a determinação da vida útil restante da parte compreende adicionalmente processar a equação: dn /dt =f(nModo, fgeometria, fambiente, fmaterial, F), em que dn / dt é capacidade de carregamento da carga estrutural restante, n é a capacidade de carregamento da carga, Mode é um fator exponencial com base no tipo de carregamento, fgeometria, fambiente e fmaterial são formulações com base em modelo, e F é um estado da carga generalizado.