BR102023001620A2 - Método e sistema para monitorar uma sonda transportada por veículo - Google Patents

Abstract

Trata-se de um método para monitorar uma sonda transportada por veículo que inclui receber, por um primeiro dispositivo de borda em comunicação com a sonda, dados captados em relação a uma característica de um elemento de aquecimento da sonda, analisar, por uma primeira aplicação do primeiro dispositivo de borda, os dados captados para gerar uma primeira emissão de dados, receber, por um coordenador em comunicação com o primeiro dispositivo de borda, a primeira emissão de dados e incorporar a primeira emissão de dados em um pacote de dados, receber, por uma infraestrutura de nuvem em comunicação com o coordenador, o pacote de dados por meio de uma porta de comunicação de dados e analisar, por uma dentre a infraestrutura de nuvem e uma estação terrestre, o pacote de dados para estimar uma vida útil restante e uma falha da sonda.

Description

MÉTODO E SISTEMA PARA MONITORAR UMA SONDA TRANSPORTADA POR VEÍCULO REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDO(S) RELACIONADO(S)

[001] O presente pedido reivindica o benefício do Pedido Provisório IN nº 202241006327, depositado em 7 de fevereiro de 2022, para “DYNAMIC MULTI-STAGE AIR DATA PROBE PROGNOSTICS HEALTH MONITORING SYSTEM”, de R. Balasubramanian e C. Roeske

FUNDAMENTOS

[002] A matéria divulgada se refere a um monitoramento de prognóstico de estado de conservação e, mais especificamente, a um sistema de monitoramento de prognóstico de estado de conservação modular para sondas de dados de ar.

[003] Sondas de dados de ar são sensores críticos de segurança instalados em toda aeronave moderna para medir parâmetros como a pressão total, pressão estática e, em alguns casos, pressões para ângulo de ataque e glissada. Essas sondas são externas à aeronave e são expostas a duras condições climáticas e a temperaturas abaixo de zero. Tais condições podem causar formação de gelo na parte da sonda, resultando na medição incorreta de parâmetros de dados de ar. Desse modo, elementos resistivos ao aquecimento são instalados nas sondas de dados de ar para impedir a formação de gelo. A fim de aquecer a sonda, uma tensão operacional é fornecida através do elemento de aquecimento. O uso prolongado e comutação frequente (isto é, entre o estado DESLIGADO e o estado LIGADO) pode provocar uma falha abrupta do elemento de aquecimento. Quando o elemento de aquecimento quebra, a sonda tem que ser substituída antes da decolagem subsequente da aeronave para garantir o monitoramento continuado de parâmetros de dados de ar. Desse modo, o monitoramento do estado de conservação das sondas de dados de ar é de crucial importância.

[004] Sistemas de monitoramento de estado de conservação com base na aeronave existente podem monitorar vários parâmetros de sonda, porém carecem da sofisticação para analisar os dados com o uso de algoritmos complexos de monitoramento de estado de conservação. Os dados têm que ser transmitidos a uma estação terrestre com essa finalidade. De modo semelhante, a modificação dos parâmetros de monitoramento nos sistemas atuais exige a remoção e reinstalação do módulo de aquisição de dados atualizados. Para um sistema de monitoramento de estado de conservação dinâmico, há uma necessidade de prever em tempo real com um alto nível de precisão a vida útil restante e de prever a falha de uma sonda de dados de ar.

SUMÁRIO

[005] Um método para monitorar uma sonda transportada por veículo inclui receber, por um primeiro dispositivo de borda em comunicação com a sonda, dados captados em relação a uma característica de um elemento de aquecimento da sonda, analisar, por uma primeira aplicação do primeiro dispositivo de borda, os dados captados para gerar uma primeira emissão de dados, receber, por um coordenador em comunicação com o primeiro dispositivo de borda, a primeira emissão de dados e incorporar a primeira emissão de dados em um pacote de dados, receber, por uma infraestrutura de nuvem em comunicação com o coordenador, o pacote de dados por meio de uma porta de comunicação de dados e analisar, por uma dentre a infraestrutura de nuvem e uma estação terrestre, o pacote de dados para estimar uma vida útil restante e uma falha da sonda.

[006] Um sistema para monitorar uma sonda transportada por veículo inclui um elemento de aquecimento associado à sonda, um primeiro dispositivo de borda em comunicação com a sonda e configurado para captar dados em relação a uma característica do elemento de aquecimento, um coordenador em comunicação com o primeiro dispositivo de borda e configurado para receber uma primeira emissão de dados do primeiro dispositivo de borda e para incorporar a primeira emissão de dados em um pacote de dados e uma infraestrutura de nuvem e uma estação terrestre em comunicação com o coordenador por meio de uma porta de comunicação de dados que são configurados, cada um, para analisar o pacote de dados para estimar uma vida útil restante e prever uma falha da sonda.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[007] A Figura 1 é um diagrama de um sistema de monitoramento de prognóstico de estado de conservação.

[008] A Figura 2 é um diagrama de um dispositivo de borda do sistema de monitoramento de prognóstico de estado de conservação.

[009] A Figura 3 é um diagrama de um software selecionado do dispositivo de borda.

[0010] A Figura 4A é um gráfico que mostra a operação de uma aplicação de processamento de dados de estágio-1 e uma aplicação de processamento pré-carregada de dados de estágio-2.

[0011] A Figura 4B é um gráfico que mostra a operação de uma aplicação de processamento de dados de estágio-1 e uma aplicação de processamento de dados dinamicamente carregada de estágio-2.

[0012] A Figura 4C é um gráfico que mostra a operação de uma aplicação de processamento de dados de estágio-1 e uma aplicação de processamento de dados carregada dinamicamente de estágio-2 alternativo.

[0013] A Figura 5 é um diagrama de um coordenador inteligente do sistema de monitoramento de prognóstico de estado de conservação.

[0014] A Figura 6 é um gráfico que mostra a operação de uma aplicação de análise de dados de estágio-3 implementada pelo coordenador inteligente.

[0015] A Figura 7 é um fluxograma que ilustra um método para determinar uma vida útil restante e prever falha iminente de uma sonda, conforme implementado por uma infraestrutura de nuvem do sistema de monitoramento de prognóstico de estado de conservação.

[0016] Embora as Figuras descritas acima apresentem uma ou mais modalidades da presente divulgação, outras modalidades também são contempladas, conforme declarado na discussão. Em todos os casos, a presente divulgação apresenta a invenção por meio de representação e não de limitação. Deve ser entendido que outras várias modificações e modalidades podem ser contempladas por aqueles versados na técnica, abrangidas pelo escopo e pelo espírito dos princípios da invenção. As figuras podem não estar desenhadas em escala, e as aplicações e modalidades da presente invenção podem incluir características e componentes não mostrados especificamente nos desenhos.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0017] A presente divulgação apresenta um sistema de monitoramento de prognóstico de estado de conservação (PHM) e um método para estimar vida útil restante (RUL) e prever falha iminente de uma sonda transportada por veículo, como uma aeronave sonda de dados de ar. O sistema inclui um ou mais sensores em comunicação com cada sonda monitorada. Um dispositivo de borda associado a uma sonda recebe os dados captados e realiza vários níveis de análise de dados. Dados de cada dispositivo de borda são emitidos a um coordenador inteligente do sistema para mais monitoramento e análise. O coordenador empacota os dados e os envia a uma infraestrutura de nuvem e estação terrestre para análise detalhada.

[0018] A Figura 1 é um diagrama de blocos esquemático de uma modalidade exemplificativa de sistema de PHM de múltiplos estágios 10 para monitorar uma ou mais sondas de dados de ar 12. O sistema 10 inclui um sensor 16 em comunicação com cada sonda 12 para monitorar características de um elemento de aquecimento 14 de cada sonda 12. Em algumas modalidades, mais de um sensor 16 pode estar em comunicação com uma sonda respectiva 12. Cada sensor 16 está em comunicação com um dispositivo de borda dinâmico 18 para realizar processamento inicial e monitoramento dos dados captados. Cada dispositivo de borda 18 está em comunicação com o coordenador inteligente 20 que monitora dados préprocessados de cada dispositivo de borda 18, assim como parâmetros de aeronave de um ou mais sistemas de aviônica 22. A Porta de comunicação na Aeronave 24 conecta o coordenador 20 com a nuvem 26 e a estação terrestre 28. Os componentes individuais do sistema 10 serão discutidos mais detalhadamente a seguir.

[0019] Cada sonda 12 pode ser uma sonda-piloto, sonda de temperatura de ar total (TAT) ou sonda de ângulo de ataque (AOA), como exemplos não limitativos, configuradas para medir parâmetros operacionais de aeronave como pressão e/ou temperatura. Em uma modalidade alternativa, as sondas 12 podem ser montados em outros tipos de veículos (não aéreos) e podem ser adequados para medir parâmetros operacionais desses veículos. Cada sonda 12 inclui um elemento resistivo de aquecimento 14, como um fio aquecedor, alimentado por uma fonte de alimentação de corrente alternada (CA) ou corrente contínua (CC). O fluxo de corrente através do elemento de aquecimento 14 fornece aquecimento à sonda associada 12 para prevenir acúmulo de gelo. O um ou mais sensores 16 em comunicação com uma sonda respectiva 12 podem medir características de um elemento de aquecimento associado 14, como corrente, capacitância e/ou tensão.

[0020] Cada sensor 16 emite dados elemento de aquecimento captados 14 a um dispositivo de borda associado 18. A Figura 2 é um diagrama de blocos esquemático de um dispositivo de borda exemplificativo 18 como um nó final modular. Mostrados na Figura 2 como parte do dispositivo de borda 18 são o conversor analógico-digital (ADC) 30, identificação de dispositivo (ID) 32, identificação de localização de dispositivo (ID) 34, condicionador de sinal 36, fonte de alimentação 38, unidade de processamento 40, memória 42, módulo de plataforma confiável (TPM) 44, conversor digital-analógico (DAC) 46 e interfaces de comunicação de entrada/saída 48.

[0021] Na operação do sistema 10, os dados do sensor 16 são recebidos pelo dispositivo de borda 18 por meio de uma primeira interface de comunicação 48 cabeada (por exemplo, Ethernet, AFDX, ARINC 429, RS232/422/485, CAN etc.) ou sem fio (por exemplo, Bluetooth, Wi-Fi, celular etc.). O último tipo de conexão permite que um sensor 16 e dispositivo de borda associado 18 estejam em localizações fisicamente separadas na aeronave. O ADC 30 converte os sinais de saída do sensor 16 recebidos em sinais digitais. O condicionamento de sinal subsequente (por exemplo, filtragem, linearização, amplificação etc.) é realizado pelo condicionador de sinal 36. A fonte de alimentação 38 pode ser qualquer fonte de alimentação adequada, como uma bateria, dispositivos de captação de energia ou outras fontes na aeronave. Alimentado o dispositivo de borda 18, a unidade de processamento 40 lê a ID de dispositivo 32 e a ID de localização de dispositivo 34 para determinar/confirmar o tipo e localização física do dispositivo de borda 18. Em seguida, a unidade de processamento 40 lê a configuração do dispositivo armazenada na memória 42 e configura o dispositivo de borda 18 com base em ID de dispositivo 32 e na ID de localização 34. A memória 42 pode armazenar dados e aplicações para acesso pela unidade de processamento 40. A unidade de processamento 40 pode ser, por exemplo, um microprocessador ou microcontrolador configurado para executar várias tarefas de processamento e análise de dados, discutidas mais detalhadamente a seguir, e emitir dados processados ao coordenador 20 por meio da segunda interface de comunicação 48/interface de comunicação de saída 48. A interface de comunicação de saída 48 pode ser do tipo cabeado ou sem fio discutido acima com relação à interface de comunicação de entrada 48. A interface de comunicação de saída 48 é configurada para trocar dados com o coordenador 20. O TPM 44 é pelo menos uma dentre várias medidas de cibersegurança (por exemplo, gerenciamento de certificado, criptografia avançada etc.) implementado pelo dispositivo de borda 18 para comunicação segura com dispositivos e sistemas de interface.

[0022] A Figura 3 é um diagrama de blocos esquemático de um software selecionado do dispositivo de borda 18. O software do dispositivo de borda 18 pode incluir camada de abstração de dados 50, condicionador de dados 52, o gerenciador de dados de PHM 54, manipulador de comunicação 56 e módulo de aplicação de PHM hospedado 58. A camada de abstração de dados 50 inclui vários pacotes de suporte de bordo e acionadores de dispositivo para abstrair interfaces de hardware (por exemplo, ID de dispositivo, entrada/saída distinta, entrada/saída analógica, interface de comunicação etc.) do dispositivo de borda 18. A camada de abstração de dados pode abstrair módulos de software de alto nível de quaisquer mudanças em tal hardware. O condicionador de dados 52 obtém sinais do hardware na taxa configurada, filtra os dados e armazena os dados na memória 42 (mostrada na Figura 2) que é acessível pelo gerenciador de dados 54. O gerenciador de dados 54 gerencia os dados de dispositivo de borda 18 de acordo com essa configuração. O gerenciador de dados 54 implementa uma metodologia de publicação/assinatura para possibilitar que uma ou mais aplicações do módulo de aplicação de PHM hospedado 58 publique os dados processados ao passo que outras aplicações podem realizar a assinatura de dados para processamento. Quaisquer dados publicados são divulgados automaticamente a quaisquer aplicações que realizam assinatura para esses dados. O gerenciador de dados 54 permite adicionalmente particionamento de espaço e tempo das várias aplicações de PHM hospedadas, possibilitando que software/aplicações de Nível de Garantia de Desenvolvimento (DAL) coexistam no dispositivo de borda 18. O manipulador de comunicação 56 implementa um software do tipo wrapper nas várias interfaces de comunicação cabeadas e/ou sem fio implantadas no dispositivo de borda 18. O manipulador de comunicação 56 fornece interfaces de software padrão (por exemplo, SDK ou APIs) para interagir com aplicações de PHM hospedadas a fim de viabilizar a comunicação com os sistemas externos. O manipulador de comunicação 56 usa medidas de cibersegurança (por exemplo, TPM, EAPTLS, gerenciamento de certificado, criptografia avançada etc.) implementadas no sistema operacional (SO) para garantir a segurança do dispositivo de borda 18 e suas comunicações com dispositivos/sistemas de interface, incluindo o coordenador 20 e outros sistemas de aviônica.

[0023] O módulo de aplicação de PHM hospedado 58 pode incluir o módulo de aplicação principal 60 com aplicações principais 62-1, 62-2 e 62-3 (denominadas coletivamente de “aplicações principais 62”) e o módulo de aplicação dinâmica 64 com aplicações dinâmicas 66-1 e 66-2 (denominadas coletivamente de “aplicações dinâmicas 66”). Várias modalidades do dispositivo de borda 18 podem incluir qualquer número de 1 a n aplicações principais 62 e/ou 0 a m aplicações dinâmicas 66. Em algumas modalidades, as aplicações principais 62 e/ou aplicações dinâmicas 66 podem ser incorporadas em um grupo de cargas de campo que viabiliza atualizar as aplicações hospedadas. O grupo de cargas de campo pode incluir adicional e/ou alternativamente qualquer uma das seguintes seções para atualizar: informações de configuração do dispositivo (por exemplo, ID de dispositivo de borda e ID de localização, número de série, número de parte etc.), cibersegurança (por exemplo, certificados, chaves de criptografia etc.), software específico de dispositivo que contém informações de configuração (por exemplo, tamanho de amostra de entrada, taxa de amostragem, taxa de emissão, parâmetros, protocolo de comunicação etc.) e software/firmware (por exemplo, código de objeto executável por objeto, item de dados de parâmetros etc.).

[0024] Aplicações principais 62 viabilizam a implementação das funções de PHM do dispositivo de borda 18. Mais especificamente, a aplicação principal 62-1 pode ser um repositório de dados de PHM para implementar algoritmos de análise de dados reutilizáveis (por exemplo, Transformada de Fourier Rápida (FFT), detecção de falha de arco etc.) locais ao dispositivo de borda 18. As várias aplicações de PHM hospedadas podem usar os algoritmos implementados no repositório de análise de dados em vez de duplicar sua implementação. A aplicação principal 62-2 pode ser uma aplicação de processamento de dados de pré-PHM de estágio-1 para monitorar de maneira contínua os dados captados do aquecedor 14 e para realizar análise de dados de PHM brutos nos dados captados com o uso de uma ou mais algoritmos de análise de dados de PHM brutos. Quaisquer emissões de análise de dados brutos resultados podem ser enviadas ao coordenador 20, assim como monitoradas adicionalmente por uma dentre as aplicações dinâmicas 66, conforme é discutido mais detalhadamente a seguir. A aplicação principal 62-3 pode ser uma aplicação de carregador de campo para atualizar quaisquer uma das aplicações em grupo ou seções discutidas acima.

[0025] Aplicações dinâmicas 66 são aplicações de PHM opcional que podem ser de natureza temporária ou de curto prazo. Mais especificamente, as aplicações dinâmicas 66 podem ser carregadas automaticamente no dispositivo de borda 18 pelo coordenador 20 e/ou possibilitadas/ativadas pela ocorrência de um ou mais eventos-gatilho. Desse modo, aplicações dinâmicas 66 podem ser desativadas automaticamente após um intervalo específico ou quanto outras condições ocorrem. A aplicação dinâmica 66-1 pode incluir um ou mais algoritmos de monitoramento de aplicação específica (por exemplo, para monitoramento de temperatura de freio, monitoramento de acústica, BIT inteligente, monitoramento de bateria, monitoramento de vibração, monitoramento de temperatura, detecção de defeito de arco de corrente de aquecedor etc.). A aplicação dinâmica 66-2 pode ser uma aplicação de avaliação de PHM alvo de estágio-2 para monitorar as emissões de dados brutos da aplicação pra�-PHM de estágio-1, realizar análise mais precisa de dados nos dados monitorados e atualizar dinamicamente o esquema de dados monitoramento do dispositivo de borda de hospedagem 18. A análise mais precisa de dados pode inclui monitorar parâmetros adicionais do sensor associado 16, monitorar parâmetros a uma taxa mais alta e/ou monitorar parâmetros superiores com uma precisão e/ou processamento mais alto.

[0026] A Figura 4A é um gráfico, com o tempo, da operação da aplicação de processamento de dados de pré-PHM de estágio-1 e uma aplicação de avaliação de PHM alvo de estágio-2 pré-carregada. A Figura 4B é um gráfico, com o tempo, da operação da aplicação de processamento de dados de pré-PHM de estágio-1 e uma aplicação de avaliação de PHM alvo de estágio-2 limitada por tempo, carregada dinamicamente alternativa. Um Figura 4C é um gráfico, com o tempo, da operação da aplicação de processamento de dados de pré-PHM de estágio-1 e uma segunda aplicação de avaliação de PHM alvo de estágio-2 alternativa dinamicamente carregada com base em gatilho.

[0027] Conforme mostrado na Figura 4A de cima a baixo do eixo geométrico y, há gráficos de sistema de PHM 10, a aplicação de processamento de dados de pré-PHM de estágio-1, gatilhos inicial e final, e a aplicação de avaliação de PHM alvo de estágio-2. Começando no tempo t1, o sistema 10 está em execução e a�ivo. No tempo t2, a aplicação de processamento de dados de pré-PHM de estágio-1 é ativada. Na modalidade da Figura 4A, a aplicação de avaliação de PHM alvo de estágio-2 é précarregada no dispositivo de borda 18 e monitora continuamente a saída gerada pela aplicação de estágio-1 para eventos-gatilho. Desse modo, a aplicação de avaliação de PHM alvo de estágio-2 começa operar no tempo t2. Um eventogatilho “inicial” ocorre no tempo t3. Para quaisquer uma das modalidades das Figuras 4A-4C, um evento-gatilho “inicial” pode ser, por exemplo, um defeito da sonda ou excedente de um limite ou contagem predeterminados de parâmetro. Além disso, no tempo t3, a aplicação de avaliação de PHM alvo de estágio-2 começa a análise mais precisa de dados, conforme identificado pelo intervalo 58A. Um evento-gatilho “final” ocorre no tempo t4, e a aplicação de avaliação de PHM alvo de estágio-2 para a análise mais precisa de dados e continua a monitorar os dados de estágio-1. Um evento-gatilho “final” pode ser, por exemplo, o fim ou retorno dos valores normais de um evento-gatilho “inicial” ou um evento-gatilho diferente com base em outro parâmetro monitorado. O intervalo 68A é definido pelos eventos de gatilho “inicial” e “final” dos tempos t3 e t4, respectivamente, e representa a ativação da aplicação de avaliação de PHM alvo de estágio-2 para realizar análise mais precisa de dados e gerar uma emissão de análise mais precisa de dados para que seja enviada ao coordenador 20.

[0028] A modalidade da Figura 4B é semelhante à modalidade da Figura 4A, com exceção de que a aplicação de avaliação de PHM alvo de estágio-2 é carregada e ativada dinamicamente pelo coordenador 20. A aplicação de avaliação de PHM alvo de estágio-2 é limitada pelo tempo de modo que seja configurada para ser executada durante um intervalo predeterminado (intervalo 68B) quando ativada. A ativação pode ocorrer por meio de um evento-gatilho “inicial” e desativação com decorrência de tempo. Quando à modalidade da Figura 4A, o sistema de PHM 10 e a aplicação de processamento de dados de pré-PHM de estágio-1 se tornam ativos nos tempos t1 e t2, respectivamente. No tempo t3, o temporizador é iniciado como resultado de um evento-gatilho “inicial” ou outro evento, e a aplicação de avaliação de PHM alvo de estágio-2 é ativada para realizar a análise mais precisa de dados. O tempo decorre no tempo t4, e a aplicação de avaliação de PHM alvo de estágio-2 é desativada. A emissão de análise mais precisa de dados gerada pela aplicação de avaliação de PHM alvo de estágio-2 pode ser enviada ao coordenador 20. Em uma modalidade alternativa, ativação/desativação da aplicação de avaliação de PHM alvo de estágio-2 pode não ocorrer simultaneamente com o início/término do temporizador, em vez disso, o intervalo 68B pode ser deslocado sutilmente do temporizador devido a um atraso no ciclo no processamento do evento que dispara o temporizador.

[0029] A Figura 4C mostra uma aplicação de avaliação de PHM alvo de estágio-2 alternativa carregada dinamicamente configurada para ativação à base de gatilho. Quanto às modalidades das Figuras 4A e 4B, o sistema de PHM 10 e a aplicação de processamento de dados de pré-PHM de estágio-1 se tornam ativos nos tempos t1 e t2, respectivamente. No tempo t3, ocorre um evento-gatilho “inicial”, causando ativação da aplicação de avaliação de PHM alvo de estágio-2 para realizar análise mais precisa de dados no tempo t4. Um evento-gatilho “final” ocorre no tempo t5 causando desativação da aplicação de avaliação de PHM alvo de estágio-2 no tempo t6. O intervalo 68C defina o período de atividade da aplicação de avaliação de PHM alvo de estágio-2. Quanto às modalidades das Figuras 4A e 4B, a emissão de análise mais precisa de dados gerada pela aplicação de avaliação de PHM alvo de estágio-2 pode ser enviada ao coordenador 20.

[0030] Uma Figura 5 é um diagrama de blocos esquemático de um coordenador inteligente exemplificativo 20. Conforme mostrado na Figura 5, o coordenador 20 inclui interfaces de comunicação 70 que faz interface com um ou mais dispositivos de borda 18, porta de comunicação na aeronave 24 e um ou mais sistemas de aviônica 22. Através da interface com sistemas de aviônica 22, o coordenador 20 pode monitorar parâmetros de aeronave como velocidade do ar, peso na roda, latitude, longitude, altitude etc. Além disso, estão incluídas a fonte de alimentação 72, a unidade de processamento 74 (por exemplo, a microprocessador ou microcontrolador), a memória 76 e TPM 78. As interfaces de comunicação 70 podem ser cabeadas (por exemplo, Ethernet, AFDX, ARINC 429, RS232/422/485, CAN etc.) ou sem fio (por exemplo, Bluetooth, Wi-Fi, celular etc.) interfaces para trocar dados com dispositivos e sistemas conectados. A fonte de alimentação 72 pode ser uma bateria ou dispositivos de captação de energia ou outras fontes da aeronave. Alimentada, a unidade de processamento 74 recupera o dispositivo de borda 18 e/ou coordenador 20 atualiza (por exemplo, software, informações de configuração, grupos de cargas de campo etc.) da estação terrestre 28 ou da nuvem 26 por meio da porta de comunicação na aeronave 24. Cada dispositivo de borda 18 fez interface com o coordenador 20 tenta se conectar com o coordenador 20 até que o coordenador 20 rejeite ou aceite a solicitação autenticando os dispositivos de borda 18 solicitantes. Os dispositivos de borda 18 conectados são configurados dinamicamente pelo coordenador 20 que transmite o último software, configuração, eventos-gatilho etc. aos dispositivos de borda 18. A unidade de processamento 74 acessa vários dados e aplicações da memória 76.

[0031] Conforme discutido acima com relação às Figuras 4B e 4C, o coordenador 20 pode monitorar as emissões de dados brutos pré-PHM de estágio-1 de um dispositivo de borda associado 18, e carregar dinamicamente uma aplicação de avaliação alvo de estágio-2 para o dispositivo de borda 18, caso qualquer evento-gatilho ocorra. A aplicação pode carregada com o uso, por exemplo, de um grupo de cargas de campo. Mediante carregamento bemsucedido, o coordenador 20 pode ativar e desativar a aplicação de avaliação alvo de estágio-2 conforme necessário com base em parâmetros de ativação (por exemplo, eventos-gatilho, intervalos de tempo predeterminados etc.). Em algumas modalidades, o coordenador 20 pode ser configurado para implementar localmente (isto é, dentro do coordenador 20) a aplicação de avaliação alvo de estágio-2 com o uso da unidade de processamento 74.

[0032] O coordenador 20 pode sintetizar adicionalmente os dados de aeronave monitorados do sistema de aviônica (ou sistemas de aviônica) 22 com as emissões de análise de dados brutos (estágio-1) e mais precisa (estágio-2) de múltiplos dispositivos de borda 18 para determinar eventos gatilho e fazer decisões de monitoramento. Desse modo, o coordenador 20 pode implementar a análise de dados de PHM de estágio-3 nos dados sintetizados. A Figura 6 é um gráfico, com o tempo, da operação da aplicação de análise de dados de estágio-3 nos dados monitorados pelo coordenador 20. Mostrados na Figura 6, de cima a baixo do eixo geométrico y, estão gráficos da operação do sistema de PHM 10, as aplicações de processamento de dados pré-PHM estágio-1 e as aplicação de avaliação alvo de PHM de estágio-2 de um primeiro e segundo dispositivos de borda 18, dados monitorados dos dispositivos de borda 18, dados de aeronave monitorados, gatilhos iniciais e finais, e a aplicação de análise de dados de PHM de estágio-3. Embora apenas dois dispositivos de borda 18 sejam representados no gráfico da Figura 6, o coordenador 20 pode monitorar e analisar dados de mais de dois dispositivos de borda 18 em modalidades alternativas.

[0033] No tempo t1, o sistema 10 e as aplicações de estágio-1 e estágio-2 de cada dispositivo de borda 18 são ativadas, e o coordenador 20 começa a monitorar o dispositivo de borda e os dados de aeronave. No tempo t2, as aplicações de estágio-2 de cada dispositivo de borda 18 são ativadas por um intervalo definido genericamente como o intervalo 68. O evento-gatilho “inicial” para ativação das aplicações de estágio-2 não é plotado na Figura 6. No tempo t3, um evento-gatilho “inicial”, com base no dispositivo de borda monitorado e dados de aeronave, ocorre e o coordenador 20 começa a análise de dados de PHM de estágio-3 no tempo t4. No tempo t5, um evento-gatilho “final” ocorre, e o coordenador 20 para a análise de dados de PHM de estágio-3 no tempo t6. O intervalo 80 é definido pelos eventos de gatilho “início” e “final” e representa ativação de análise de dados de PHM de estágio-3 e a geração de uma emissão de análise de dados de estágio-3 pelo coordenador 20. Em uma modalidade alternativa, a análise de dados de PHM de estágio-3 pode ser limitada no tempo (isto é, viabilizada para intervalos predeterminados) de maneira substancialmente semelhante à aplicação de avaliação de PHM alvo de estágio-2 da Figura 4B.

[0034] Os dados recebidos e/ou analisados pelo coordenador 20 (por exemplo, emissões de análise de dados de aeronave, de estágio-1, estágio-2 e/ou de estágio-3) podem ter carimbos de data e hora e podem ser empacotados antes de serem enviados à nuvem 26 e/ou à estação terrestre 28. Medidas de cibersegurança, como criptografia e assinaturas digitais, podem ser implementadas pelo TPM 78 para garantir a confidencialidade, integrada e autenticação do pacote de dados (ou pacotes de dados). Em uma modalidade alternativa, o sistema 10 pode incluir mais de um coordenador 20, e os pacotes de dados podem ser compartilhados entre os múltiplos coordenadores 20. Os pacotes de dados são compartilhados com a nuvem 26 e/ou com a estação terrestre 28 por meio da porta de comunicação na aeronave 24. Ao se referir à Figura 1, a porta de comunicação na aeronave 24 é distinta do coordenador 20, entretanto, o coordenador 20 e a porta de comunicação na aeronave 24 podem ser agrupados em uma modalidade alternativa para facilitar a implementação dos dois componentes.

[0035] A nuvem 26 pode implementar uma aplicação de análise de dados de PHM hospedado em nuvem para analisar, com o uso de técnicas de aprendizado de máquina, dados de PHM recebidos para prever falha iminente e estimar RUL de sondas de dados de ar 12. A Figura 7 é um fluxograma que ilustra o método 100 que mostra a previsão, a estimativa e a atualização de funções da nuvem 26. Na etapa 102, o pacote de dados é recebido pela nuvem 26 do coordenador 20. Na etapa 104, a nuvem 26 realiza uma avaliação de PHM nos dados. Na etapa 106, a avaliação pode ser usada para prever a falha iminente e estimar RUL de sonda 12. Isso pode realizado, por exemplo, com o uso de técnicas de aprendizado de máquina para analisar dados recebidos, assim como dados de aeronave monitorados, histórico de dados e dados de tendência. Dados complementares de voo como clima, trajeto de voo, histórico de serviço etc. também podem ser incluídos e analisados. Na etapa 108, a nuvem 26 pode sintonizar/refinar de maneira automática e inteligente as aplicações de estágio-1, estágio-2 e/ou estágio-3 para aprimorar a relevância e qualidade de dados coletados para uma estimativa de RUL e previsão de falha mais precisas. Na etapa 110, a aplicação de análise de dados de PHM hospedado em nuvem pode atualizar eventos-gatilho e coleta de dados estratégias de e monitoramento, conforme necessário. As atualizações podem ser incluídas em grupos de cargas de campo e enviadas por push/transmitidas, pela nuvem 26, ao coordenador 20 e aos dispositivos de borda 18.

[0036] A nuvem 26 pode implementar adicionalmente o armazenamento de dados para armazenar dados monitorados. A estação terrestre 28 pode acessar dados armazenados na nuvem 26 para realizar análise adicional com o uso, por exemplo, de algoritmos de PHM avançados, para aprimorar ainda mais mediante tecnologias e métodos para estimar RUL e prever falhas iminentes de sondas 12. Em algumas modalidades, a estação terrestre 28 pode ser configurada para realizar a previsão de falha e a estimativa de RUL do método 100 adicional ou alternativamente à nuvem 26. Esse pode ser o caso, por exemplo, no qual é desejável fornecer redundância ou no qual as funções da nuvem 26 e da estação terrestre 28 se sobrepõem. As previsões de RUL e de falha podem ser relatadas para um banco de dados monitorados por uma equipe de manutenção de aeronave. Tal relatório pode ser realizado por meio de um alerta ou notificação gerados por uma aplicação de nuvem 26 e/ou pela estação terrestre 28. O sistema de PHM 10 permite uma abordagem de manutenção adaptada que permite a substituição oportuna de sondas com defeito para minimizar a perturbação operacional e evita a substituição desnecessária de sondas em bom estado com base nas horas voo ou outra métrica padrão. DISCUSSÃO DE MODALIDADES POSSÍVEIS

[0037] A seguir estão descrições não exclusivas de possíveis modalidades da presente invenção.

[0038] Um método para monitorar uma sonda transportada por veículo inclui receber, por um primeiro dispositivo de borda em comunicação com a sonda, dados captados em relação a uma característica de um elemento de aquecimento da sonda, analisar, por uma primeira aplicação do primeiro dispositivo de borda, os dados captados para gerar uma primeira emissão de dados, receber, por um coordenador em comunicação com o primeiro dispositivo de borda, a primeira emissão de dados e incorporar a primeira emissão de dados em um pacote de dados, receber, por uma infraestrutura de nuvem em comunicação com o coordenador, o pacote de dados por meio de uma porta de comunicação de dados e analisar, por uma dentre a infraestrutura de nuvem e uma estação terrestre, o pacote de dados para estimar uma vida útil restante e uma falha da sonda.

[0039] O método do parágrafo anterior pode incluir opcional, adicional e/ou alternativamente qualquer um dos seguintes recursos, configurações e/ou componentes adicionais: No método acima, a característica do elemento de aquecimento pode ser uma corrente capacitância e tensão.

[0040] Qualquer um dos métodos acima pode incluir adicionalmente: analisar, por uma segunda aplicação do primeiro dispositivo de borda, a primeira emissão de dados para gerar uma segunda emissão de dados, receber, pelo coordenador, a segunda emissão de dados e incorporar, pelo coordenador, a segunda emissão de dados no pacote de dados.

[0041] Em qualquer um dos métodos acima, a primeira aplicação pode ser uma aplicação principal, e a segunda aplicação pode ser uma aplicação dinâmica.

[0042] Qualquer um dos métodos acima pode incluir adicionalmente: monitorar, pela aplicação principal, os dados captados e analisar, pela aplicação principal, os dados captados para gerar a primeira emissão de dados.

[0043] Qualquer um dos métodos acima pode incluir adicionalmente: monitorar, pela aplicação dinâmica, a primeira emissão de dados, analisar, pela aplicação dinâmica, a primeira emissão de dados, caso um evento-gatilho ocorra, e gera, pela aplicação dinâmica, a segunda emissão de dados.

[0044] Qualquer um dos métodos acima pode incluir adicionalmente: carregar e ativar, pelo coordenador, a aplicação dinâmica para um módulo de aplicação dinâmica do primeiro dispositivo de borda, caso o evento-gatilho ocorra. O evento-gatilho pode incluir um evento inicial.

[0045] Qualquer um dos métodos acima, o evento inicial pode incluir pelo menos um dentre um defeito da sonda, e excedente de um limite ou contagem de parâmetro.

[0046] Em um qualquer um dos métodos acima, o evento-gatilho pode incluir adicionalmente um evento final, e o evento final pode incluir um dentre decorrência de um período de tempo predeterminado após o evento inicial, e excedente de um limite ou contagem de parâmetro.

[0047] Qualquer um dos métodos acima pode incluir adicionalmente: receber, por um segundo dispositivo de borda em comunicação com a segunda sonda, dados captados em relação a uma característica de um elemento de aquecimento da segunda sonda e analisar, por uma terceira aplicação do segundo dispositivo de borda, os dados captados para gerar uma terceira emissão de dados.

[0048] Qualquer um dos métodos acima pode incluir adicionalmente: analisar, por uma quarta aplicação do segundo dispositivo de borda, a terceira emissão de dados para gerar uma quarta emissão de dados.

[0049] Qualquer um dos métodos acima pode incluir adicionalmente: receber, pelo coordenador, a terceira emissão de dados e a quarta emissão de dados e incorporar, pelo coordenador, a terceira emissão de dados e a quarta emissão de dados no pacote de dados.

[0050] Qualquer um dos métodos acima pode incluir adicionalmente: monitorar, pelo coordenador, uma pluralidade de parâmetros de veículo e incorporar, pelo coordenador, a pluralidade de parâmetros de veículo monitorado no pacote de dados.

[0051] Qualquer um dos métodos acima pode incluir adicionalmente: analisar, por uma quinta aplicação da infraestrutura de nuvem, o pacote de dados e estimar a vida útil restante e prever a falha da sonda com base na análise dos dados empacotados.

[0052] Qualquer um dos métodos acima pode incluir adicionalmente: analisar, por uma segunda aplicação do coordenador, a primeira emissão de dados caso ocorra um evento-gatilho, gerar, pela segunda aplicação, uma segunda emissão de dados e incorporar, pelo coordenador, a segunda emissão de dados no pacote de dados. A primeira aplicação pode ser uma aplicação principal, e a segunda aplicação pode ser uma aplicação dinâmica.

[0053] Um sistema para monitorar uma sonda transportada por veículo inclui um elemento de aquecimento associado à sonda, um primeiro dispositivo de borda em comunicação com a sonda e configurado para captar dados em relação a uma característica do elemento de aquecimento, um coordenador em comunicação com o primeiro dispositivo de borda e configurado para receber uma primeira emissão de dados do primeiro dispositivo de borda e para incorporar a primeira emissão de dados em um pacote de dados e uma infraestrutura de nuvem e uma estação terrestre em comunicação com o coordenador por meio de uma porta de comunicação de dados que são configurados, cada um, para analisar o pacote de dados para estimar uma vida útil restante e prever uma falha da sonda.

[0054] O sistema do parágrafo anterior pode incluir opcional, adicional e/ou alternativamente qualquer um dos seguintes recursos, configurações e/ou componentes adicionais: No sistema acima, o dispositivo de borda pode incluir um módulo de aplicação principal configurado para hospedar uma aplicação principal, e um módulo de aplicação dinâmica configurado para hospedar uma aplicação dinâmica. A aplicação principal pode ser configurada para monitorar e analisar dados captados e gerar a primeira emissão de dados, e a aplicação dinâmica pode ser configurada para analisar a primeira emissão de dados e gerar uma segunda emissão de dados.

[0055] Qualquer um dos sistemas acima pode incluir adicionalmente: um segundo dispositivo de borda em comunicação com uma segunda sonda e configurado para captar dados em relação a uma característica de um elemento de aquecimento da segunda sonda.

[0056] Em qualquer um dos sistemas acima, o coordenador pode estar em comunicação com o primeiro dispositivo de borda e o segundo dispositivo de borda, e o coordenador pode ser configurado para incorporar a primeira emissão de dados, a segunda emissão de dados e uma terceira emissão de dados do segundo dispositivo de borda no pacote de dados.

[0057] Em qualquer um dos sistemas acima, o veículo pode ser uma aeronave, e a sonda pode ser uma dentre uma sonda-piloto, uma sonda de temperatura de ar total e uma sonda de ângulo de ataque.

[0058] Embora a invenção tenha sido descrita com referência a uma modalidade exemplificativa (ou modalidades exemplificativas), será entendido por aqueles versados na técnica que várias mudanças podem ser feitas, e equivalentes podem ser substituídos por elementos dessas mudanças sem haver afastamento do escopo da invenção. Além disso, muitas modificações podem ser feitas para adaptar uma situação ou material específica aos ensinamentos da invenção sem haver afastamento do escopo essencial da invenção. Portanto, a invenção não se limita à modalidade específica (ou modalidades específicas) divulgada, porém a invenção incluirá todas as modalidades que são abrangidas pelo escopo das reivindicações anexas.

Claims (20)

1. .Método para monitorar uma sonda transportada por veículo, sendo que o método é caracterizado pelo fato de que compreende: receber, por um primeiro dispositivo de borda em comunicação com uma sonda, dados captados em relação a uma característica de um elemento de aquecimento da sonda; analisar, por uma primeira aplicação do primeiro dispositivo de borda, os dados captados para gerar uma primeira emissão de dados; receber, por um coordenador em comunicação com o primeiro dispositivo de borda, a primeira emissão de dados e incorporar a primeira emissão de dados em um pacote de dados; receber, por uma infraestrutura de nuvem em comunicação com o coordenador, o pacote de dados por meio de uma porta de comunicação de dados; e analisar, por uma dentre a infraestrutura de nuvem e uma estação terrestre, o pacote de dados para estimar a vida útil restante e uma falha da sonda.
2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a característica do elemento de aquecimento é uma dentre corrente, capacitância e tensão.
3. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: analisar, por uma segunda aplicação do primeiro dispositivo de borda, a primeira emissão de dados para gerar uma segunda emissão de dados; receber, pelo coordenador, a segunda emissão de dados; e incorporar, pelo coordenador, a segunda emissão de dados no pacote de dados.
4. Método de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a primeira aplicação é uma aplicação principal, e em que a segunda aplicação é uma aplicação dinâmica.
5. Método de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que compreende: monitorar, pela aplicação principal, os dados captados; e analisar, pela aplicação principal, os dados captados para gerar a primeira emissão de dados.
6. Método de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que compreende: monitorar, pela aplicação dinâmica, a primeira emissão de dados; analisar, pela aplicação dinâmica, a primeira emissão de dados caso um evento-gatilho ocorra; e gerar, pela aplicação dinâmica, a segunda emissão de dados.
7. Método de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que compreende: carregar e ativar, pelo coordenador, a aplicação dinâmica para um módulo de aplicação dinâmica do primeiro dispositivo de borda, caso o evento-gatilho ocorra; em que o evento-gatilho compreende um evento inicial.
8. Método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o evento inicial compreende pelo menos um dentre um defeito da sonda e excedente de um limite ou contagem de parâmetro.
9. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o evento-gatilho compreende adicionalmente um evento final, e o evento final compreende uma dentre decorrência de um período de tempo predeterminado após o evento inicial e excedente de um limite ou contagem de parâmetro.
10. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: receber, por um segundo dispositivo de borda em comunicação com uma segunda sonda, dados captados em relação a uma característica de um elemento de aquecimento da segunda sonda; e analisar, por uma terceira aplicação do segundo dispositivo de borda, os dados captados para gerar uma terceira emissão de dados.
11. Método de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: analisar, por uma quarta aplicação do segundo dispositivo de borda, a terceira emissão de dados para gerar uma quarta emissão de dados.
12. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: receber, pelo coordenador, a terceira emissão de dados e a quarta emissão de dados; e incorporar, pelo coordenador, a terceira emissão de dados e a quarta emissão de dados no pacote de dados.
13. Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: monitorar, pelo coordenador, uma pluralidade de parâmetros de veículo; e incorporar, pelo coordenador, a pluralidade monitorada de parâmetros de veículo no pacote de dados.
14. Método de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: analisar, por uma quinta aplicação da infraestrutura de nuvem, o pacote de dados; e estimar a vida útil restante e prever a falha da sonda com base na análise dos dados empacotados.
15. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: analisar, por uma segunda aplicação do coordenador, a primeira emissão de dados caso ocorra um evento-gatilho; gerar, pela segunda aplicação, uma segunda emissão de dados; e incorporar, pelo coordenador, a segunda emissão de dados no pacote de dados; em que a primeira aplicação é uma aplicação principal e a segunda aplicação é uma aplicação dinâmica.
16. Sistema para monitorar uma sonda transportada por veículo, sendo que o sistema é caracterizado pelo fato de que compreende: um elemento de aquecimento associado à sonda; um primeiro dispositivo de borda em comunicação com a sonda e configurado para captar dados em relação a uma característica do elemento de aquecimento; um coordenador em comunicação com o primeiro dispositivo de borda e configurado para receber uma primeira emissão de dados do primeiro dispositivo de borda e para incorporar a primeira emissão de dados em um pacote de dados; e uma infraestrutura de nuvem e uma estação terrestre em comunicação com o coordenador por meio de uma porta de comunicação de dados, em que cada um é configurado para analisar o pacote de dados a fim de estimar uma vida útil restante e prever uma falha da sonda.
17. Sistema de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o primeiro dispositivo de borda compreende: um módulo de aplicação principal configurado para hospedar uma aplicação principal; e um módulo de aplicação dinâmica configurado para hospedar uma aplicação dinâmica; em que a aplicação principal é configurada para monitorar e analisar dados captados e gerar a primeira emissão de dados; e em que a aplicação dinâmica é configurada para analisar a primeira emissão de dados e gerar uma segunda emissão de dados.
18. Sistema de acordo com a reivindicação 16, e caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: um segundo dispositivo de borda em comunicação com uma segunda sonda e configurado para captar dados em relação a uma característica de um elemento de aquecimento da segunda sonda.
19. Sistema de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que o coordenador está em comunicação com o primeiro dispositivo de borda e o segundo dispositivo de borda, e em que o coordenador é configurado para incorporar a primeira emissão de dados, a segunda emissão de dados e uma terceira emissão de dados do segundo dispositivo de borda no pacote de dados.
20. Sistema de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o veículo é uma aeronave, e em que a sonda é uma dentre uma sonda-piloto, uma sonda de temperatura de ar total e uma sonda de ângulo de ataque.

Images