BR102023002232A2 - Sistema para monitorar uma sonda suportada por veículo, e, método para operar uma infraestrutura de nuvem em um dispositivo de borda - Google Patents
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Abstract
sistema para monitorar uma sonda suportada por veículo, e, método para operar uma infraestrutura de nuvem em um dispositivo de borda. um sistema para monitoramento de uma sonda suportada por veículo inclui um primeiro dispositivo de borda em comunicação com a sonda e configurado para detectar dados relacionados a uma característica de um elemento de aquecimento da sonda, 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 incorporar a primeira emissão de dados em um pacote de dados, uma infraestrutura de nuvem em comunicação com o coordenador por meio de uma porta de comunicação de dados e configurada para analisar o pacote de dados para estimar uma vida útil restante e prever uma falha da sonda, e uma estação terrestre em comunicação com a infraestrutura de nuvem e configurada para refinar estimativa de vida útil restante e técnicas de previsão de falha do sistema.
Description
[001] A matéria divulgada se refere a um monitoramento de integridade de prognóstico e, mais especificamente, a um sistema de monitoramento de integridade de prognóstico modular para sondas de dados aéreos.
[002] As sondas de dados aéreos 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 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 aéreos. Desse modo, elementos resistivos ao aquecimento são instalados nas sondas de dados aéreos 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 a 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 aéreos. Desse modo, o monitoramento da integridade das sondas de dados aéreos é de crucial importância.
[003] Sistemas de monitoramento de integridade 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 integridade. 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 a reinstalação do módulo de aquisição de dados atualizado. Para um sistema de monitoramento de integridade dinâmico, há 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 aéreos.
[004] Um sistema para monitoramento de uma sonda suportada por veículo inclui um primeiro dispositivo de borda em comunicação com a sonda e configurado para detectar dados relacionados a uma característica de um elemento de aquecimento da sonda, 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 incorporar a primeira emissão de dados em um pacote de dados, uma infraestrutura de nuvem em comunicação com o coordenador por meio de uma porta de comunicação de dados e configurada para analisar o pacote de dados para estimar uma vida útil restante e prever uma falha da sonda e uma estação terrestre em comunicação com a infraestrutura de nuvem e configurada para refinar a estimativa de vida útil restante e as técnicas de previsão de falha do sistema.
[005] Um método para operar uma infraestrutura de nuvem em um sistema para monitorar uma sonda suportada por veículo inclui receber, por um primeiro dispositivo de borda em comunicação com a sonda, dados detectados relacionados a uma característica de um elemento de aquecimento da sonda, analisar, por um primeiro aplicativo do primeiro dispositivo de borda, os dados detectados 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 um coordenador, um pacote de dados, analisar, pela infraestrutura de nuvem, o pacote de dados para estimar uma vida útil restante e uma falha de sonda, e transmitir, pela infraestrutura de nuvem, atualizações ao coordenador.
[006] A Figura 1 é um diagrama de um sistema de monitoramento de integridade de prognóstico.
[007] A Figura 2 é um diagrama de um dispositivo de borda do sistema de monitoramento de integridade de prognóstico.
[008] A Figura 3 é um diagrama de um software selecionado do dispositivo de borda.
[009] A Figura 4A é uma plotagem que mostra a operação de um aplicativo de processamento de dados de estágio-1 e um aplicativo de processamento de dados de estágio-2 pré-carregado.
[0010] A Figura 4B é uma plotagem que mostra a operação de um aplicativo de processamento de dados de estágio-1 e um aplicativo de processamento de dados de estágio-2 dinamicamente carregado.
[0011] A Figura 4C é uma plotagem que mostra a operação de um aplicativo de processamento de dados de estágio-1 e um aplicativo de processamento de dados de estágio-2 dinamicamente carregado e alternativo.
[0012] A Figura 5 é um diagrama de um coordenador inteligente do sistema de monitoramento de integridade de prognóstico.
[0013] A Figura 6 é uma plotagem que mostra a operação de um aplicativo de análise de dados de estágio-3 implementado pelo coordenador inteligente.
[0014] 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 integridade de prognóstico.
[0015] 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, esta 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 os aplicativos e modalidades da presente invenção podem incluir recursos e componentes não mostrados especificamente nos desenhos.
[0016] A presente divulgação apresenta um sistema de monitoramento de integridade de prognóstico (PHM) e um método para estimar vida útil restante (RUL) e prever falha iminente de uma sonda suportada por veículo, como uma sonda de aeronave de dados aéreos. O sistema inclui um ou mais sensores em comunicação com cada sonda monitorada. Um dispositivo de borda associado a uma sonda recebe os dados detectados e realiza vários níveis de análise de dados. As emissões de dados de cada dispositivo de borda são enviadas a um coordenador inteligente do sistema para mais monitoramento e análise. O coordenador empacota os dados e os envia para uma infraestrutura de nuvem e uma estação terrestre para análise detalhada.
[0017] A Figura 1 é um diagrama de blocos esquemático de uma modalidade exemplificativa de sistema de PHM 10 de múltiplos estágios para monitorar uma ou mais sondas de dados aéreos 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 12 respectiva. Cada sensor 16 está em comunicação com um dispositivo de borda dinâmico 18 para realizar processamento inicial e monitoramento dos dados detectados. Cada dispositivo de borda 18 está em comunicação com o coordenador inteligente 20 que monitora dados pré- processados de cada dispositivo de borda 18, assim como parâmetros de aeronave de um ou mais sistemas aviônicos 22. A porta de comunicação na aeronave 24 conecta o coordenador 20 à nuvem 26 e à estação terrestre 28. Os componentes individuais do sistema 10 serão discutidos mais detalhadamente a seguir.
[0018] Cada sonda 12 pode ser uma sonda-piloto, sonda de temperatura do 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 12 associada para prevenir acúmulo de gelo. O um ou mais sensores 16 em comunicação com uma sonda 12 respectiva podem medir características de um elemento de aquecimento associado 14, como corrente, capacitância e/ou tensão.
[0019] Cada sensor 16 emite dados de elemento de aquecimento 14 detectados para um dispositivo de borda 18 associado. A Figura 2 é um diagrama de blocos esquemático de um dispositivo de borda exemplificativo 18 como um nó final modular. Mostrado 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.
[0020] 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 de entrada 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 18 associado 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 aplicativos 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.
[0021] 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 aplicativo 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 aplicativos do módulo de aplicativo de PHM hospedado 58 publique os dados processados ao passo que outros aplicativos podem realizar a assinatura de dados para processamento. Quaisquer dados publicados são divulgados automaticamente a quaisquer aplicativos que realizam assinatura para esses dados. O gerenciador de dados 54 permite adicionalmente particionamento de espaço e tempo das vários aplicativos de PHM hospedados, possibilitando que software/aplicativos 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 com fio e/ou sem fio implementadas no dispositivo de borda 18. O manipulador de comunicação 56 fornece interfaces de software padrão (por exemplo, SDK ou APIs) para interagir com aplicativos de PHM hospedados a fim de viabilizar a comunicação com os sistemas externos. O manipulador de comunicação 56 usa medidas de cibersegurança (por exemplo, TPM, EAP- TLS, 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 aviônicos.
[0022] O módulo de aplicativo de PHM hospedado 58 pode incluir o módulo de aplicativo principal 60 com aplicativos principais 62-1, 62-2 e 623 (denominados coletivamente de “aplicativos principais 62”) e o módulo de aplicativo dinâmico 64 com aplicativos dinâmicos 66-1 e 66-2 (denominados coletivamente de “aplicativos dinâmicos 66”). Várias modalidades do dispositivo de borda 18 podem incluir qualquer número de 1 a N aplicativos principais 62 e/ou 0 a M aplicativos dinâmicos 66. Em algumas modalidades, os aplicativos principais 62 e/ou aplicativos dinâmicos 66 podem ser incorporados em um grupo de cargas de campo que viabiliza atualizar os aplicativos hospedados. 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.).
[0023] Os aplicativos principais 62 viabilizam a implementação das funções de PHM do dispositivo de borda 18. Mais especificamente, o aplicativo principal 62-1 pode ser um repositório de dados de PHM para implementar algoritmos de análise de dados reutilizáveis (por exemplo, Transformada Rápida de Fourier (FFT), detecção de defeito de arco etc.) locais ao dispositivo de borda 18. Os vários aplicativos de PHM hospedados podem usar os algoritmos implementados no repositório de análise de dados em vez de duplicar sua implementação. O aplicativo principal 62-2 pode ser um aplicativo de processamento de dados de pré-PHM de estágio-1 para monitorar de maneira contínua os dados detectados do aquecedor 14 e para realizar análise de dados de PHM brutos nos dados detectados 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 um dentre os aplicativos dinâmicos 66, conforme é discutido mais detalhadamente a seguir. O aplicativo principal 62-3 pode ser um aplicativo de carregador de campo para atualizar quaisquer um dos aplicativos em grupo ou seções discutidas acima.
[0024] Os aplicativos dinâmicos 66 são aplicativos de PHM opcional que podem ser de natureza temporária ou de curto prazo. Mais especificamente, os aplicativos dinâmicos 66 podem ser carregados automaticamente no dispositivo de borda 18 pelo coordenador 20 e/ou possibilitados/ativados pela ocorrência de um ou mais eventos de gatilho. Desse modo, aplicativos dinâmicos 66 podem ser desativados automaticamente após um intervalo específico ou quanto outras condições ocorrem. O aplicativo dinâmico 66-1 pode incluir um ou mais algoritmos de monitoramento de aplicativo específico (por exemplo, para monitoramento de temperatura de freios, monitoramento de acústica, BIT inteligente, monitoramento de bateria, monitoramento de vibração, monitoramento de temperatura, detecção de defeito de arco de corrente de aquecedor etc.). O aplicativo dinâmico 66-2 pode ser um aplicativo de avaliação de PHM alvejado de estágio-2 para monitorar as emissões de dados brutos do aplicativo de pré-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 incluir 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.
[0025] A Figura 4A é uma plotagem, ao longo do tempo, da operação do aplicativo de processamento de dados de pré-PHM de estágio-1 e um aplicativo de avaliação de PHM alvejado de estágio-2 pré-carregado. A Figura 4B é uma plotagem, ao longo do tempo, da operação do aplicativo de processamento de dados de pré-PHM de estágio-1 e um aplicativo de avaliação de PHM alvejado de estágio-2 limitado por tempo, dinamicamente carregado e alternativo. A Figura 4C é uma plotagem, ao longo do tempo, da operação do aplicativo de processamento de dados de pré-PHM de estágio-1 e um segundo aplicativo de avaliação de PHM alvejado de estágio-2 com base em gatilho, dinamicamente carregado e alternativo.
[0026] Como mostrado na Figura 4A de cima a baixo do eixo geométrico y, há gráficos de sistema de PHM 10, o aplicativo de processamento de dados de pré-PHM de estágio-1, gatilhos inicial e final, e o aplicativo de avaliação de PHM alvejado de estágio-2. Começando no tempo t1, o sistema 10 está em execução e ativo. No tempo t2, o aplicativo de processamento de dados de pré-PHM de estágio-1 é ativado. Na modalidade da Figura 4A, o aplicativo de avaliação de PHM alvejado de estágio-2 é pré- carregado no dispositivo de borda 18 e monitora continuamente a saída gerada pelo aplicativo de estágio-1 para eventos de gatilho. Desse modo, o aplicativo de avaliação de PHM alvejado de estágio-2 começa operar no tempo t2. Um evento de gatilho “inicial” ocorre no tempo t3. Para qualquer uma das modalidades das Figuras 4A-4C, um evento de 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, o aplicativo de avaliação de PHM alvejado de estágio-2 começa a análise mais precisa de dados, conforme identificado pelo intervalo 58A. Um evento de gatilho “final” ocorre no tempo t4, e o aplicativo de avaliação de PHM alvejado de estágio-2 para a análise mais precisa de dados e continua a monitorar os dados de estágio-1. Um evento de gatilho “final” pode ser, por exemplo, o fim ou o retorno dos valores normais de um evento de gatilho "inicial" ou um evento de 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 do aplicativo de avaliação de PHM alvejado 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.
[0027] A modalidade da Figura 4B é semelhante à modalidade da Figura 4A, com exceção de que o aplicativo de avaliação de PHM alvejado de estágio-2 é carregado e ativado dinamicamente pelo coordenador 20. O aplicativo de avaliação de PHM alvejado de estágio-2 é limitado 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 de gatilho "inicial" e desativação com expiração de tempo. Como com a modalidade da Figura 4A, o sistema de PHM 10 e o aplicativo 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 de gatilho "inicial" ou outro evento, e o aplicativo de avaliação de PHM alvejado de estágio-2 é ativado para realizar a análise mais precisa de dados. O tempo decorre no tempo t4, e o aplicativo de avaliação de PHM alvejado de estágio-2 é desativado. A emissão de análise mais precisa de dados gerada pelo aplicativo de avaliação de PHM alvejado de estágio-2 pode ser enviada ao coordenador 20. Em uma modalidade alternativa, ativação/desativação do aplicativo de avaliação de PHM alvejado 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.
[0028] A Figura 4C mostra um aplicativo de avaliação de PHM alvejado de estágio-2 dinamicamente carregado e alternativo configurado para ativação à base de gatilho. Como com as modalidades das Figuras 4A e 4B, o sistema de PHM 10 e o aplicativo 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 de gatilho "inicial”, causando ativação do aplicativo de avaliação de PHM alvejado de estágio-2 para realizar análise mais precisa de dados no tempo t4. Um evento de gatilho "final" ocorre no tempo t5 causando desativação do aplicativo de avaliação de PHM alvejado de estágio-2 no tempo t6. O intervalo 68C define o período de atividade do aplicativo de avaliação de PHM alvejado de estágio-2. Como com as modalidades das Figuras 4A e 4B, a emissão de análise mais precisa de dados gerada pelo aplicativo de avaliação de PHM alvejado de estágio-2 pode ser enviada ao coordenador 20.
[0029] A Figura 5 é um diagrama de blocos esquemático de um coordenador inteligente exemplificativo 20. Como 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 aviônicos 22. Através da interface com sistemas aviônicos 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 interfaces com fio (por exemplo, Ethernet, AFDX, ARINC 429, RS232/422/485, CAN etc.) ou sem fio (por exemplo, Bluetooth, Wi-Fi, celular etc.) 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. Mediante a alimentação, 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 que realizou interface com o coordenador 20 tenta se conectar ao 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 de gatilho etc. aos dispositivos de borda 18. A unidade de processamento 74 acessa vários dados e aplicativos da memória 76.
[0030] Como 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 18 associado e carregar dinamicamente um aplicativo de avaliação alvejado de estágio-2 para o dispositivo de borda 18, caso qualquer evento de gatilho ocorra. O aplicativo pode ser carregado com o uso, por exemplo, de um grupo de cargas de campo. Mediante o carregamento bem-sucedido, o coordenador 20 pode ativar e desativar o aplicativo de avaliação alvejado de estágio-2 conforme necessário com base em parâmetros de ativação (por exemplo, eventos de gatilho, intervalos de tempo predeterminados etc.). Em algumas modalidades, o coordenador 20 pode ser configurado para implementar localmente (isto é, dentro do coordenador 20) o aplicativo de avaliação alvejado de estágio-2 com o uso da unidade de processamento 74.
[0031] O coordenador 20 pode sintetizar adicionalmente os dados de aeronave monitorados do sistema aviônico (ou sistemas aviônicos) 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 de 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 uma plotagem, ao longo do tempo, da operação do aplicativo de análise de dados de estágio-3 nos dados monitorados pelo coordenador 20. Mostrado na Figura 6, de cima a baixo do eixo geométrico y, estão gráficos da operação do sistema de PHM 10, os aplicativos de processamento de dados pré-PHM estágio-1 e os aplicativos de avaliação alvejado de PHM de estágio-2 de um primeiro e um segundo dispositivos de borda 18, dados monitorados dos dispositivos de borda 18, dados de aeronave monitorados, gatilhos iniciais e finais, e o aplicativo de análise de dados de PHM de estágio-3. Embora apenas dois dispositivos de borda 18 sejam representados na plotagem de Figura 6, coordenador 20 pode monitor e analisar dados de mais que dois dispositivos de borda 18 em modalidades alternativas.
[0032] No tempo t1, o sistema 10 e os aplicativos de estágio-1 e estágio-2 de cada dispositivo de borda 18 são ativados, e o coordenador 20 começa a monitorar o dispositivo de borda e os dados de aeronave. No tempo t2, os aplicativos de estágio-2 de cada dispositivo de borda 18 são ativados por um intervalo definido genericamente como o intervalo 68. O evento de gatilho de “início” para ativação dos aplicativos de estágio-2 não é plotado na Figura 6. No tempo t3, um evento de 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 de 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 ao aplicativo de avaliação de PHM alvejado de estágio-2 da Figura 4B.
[0033] 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 dados 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. Referindo-se novamente 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.
[0034] A nuvem 26 pode implementar um aplicativo 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 aéreos 12. A Figura 7 é um fluxograma que ilustra o método 100 mostrando as funções de previsão, estimativa e atualização 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 suplementares de voo, como clima, rota 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 os aplicativos 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, o aplicativo de análise de dados de PHM hospedado em nuvem pode atualizar eventos de gatilho e coleta de dados estratégias de 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.
[0035] 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 monitorado por uma equipe de manutenção de aeronave. Tal relatório pode ser realizado por meio de um alerta ou notificação gerados por um aplicativo 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 íntegras com base nas horas de voo ou outra métrica padrão.
[0036] A seguir estão descrições não exclusivas de possíveis modalidades da presente invenção.
[0037] Trata-se de um sistema para monitoramento de uma sonda suportada por veículo que inclui um primeiro dispositivo de borda em comunicação com a sonda e configurado para detectar dados relacionados a uma característica de um elemento de aquecimento da sonda, 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 incorporar a primeira emissão de dados em um pacote de dados, uma infraestrutura de nuvem em comunicação com o coordenador por meio de uma porta de comunicação de dados e configurado para analisar o pacote de dados para estimar uma vida útil restante e prever uma falha da sonda, e uma estação terrestre em comunicação com a infraestrutura de nuvem e configurada para refinar a estimativa de vida útil restante e as técnicas de previsão de falha do sistema.
[0038] O sistema do parágrafo anterior pode opcionalmente incluir, adicional e/ou alternativamente, qualquer um ou mais dos recursos, configurações e/ou componentes adicionais a seguir: No sistema cima, o veículo pode ser uma aeronave, e a sonda pode ser uma dentre uma sonda-piloto, uma sonda de temperatura do ar total e uma sonda de ângulo de ataque.
[0039] Em qualquer um dos sistemas acima, o coordenador pode ser adicionalmente configurado para receber uma segunda emissão de dados do primeiro dispositivo de borda ou gerar a segunda emissão de dados.
[0040] Em qualquer um dos sistemas acima, coordenador pode ser adicionalmente configurado para incorporar a segunda emissão de dados no pacote de dados.
[0041] Qualquer um dos sistemas acima pode incluir adicionalmente: um segundo dispositivo de borda em comunicação com uma sonda separada da aeronave. O coordenador pode adicionalmente ser configurado para receber uma terceira emissão de dados a partir do segundo dispositivo de borda e incorpora a terceira emissão de dados no pacote de dados.
[0042] Em qualquer um dos sistemas acima, a infraestrutura de nuvem pode ser adicionalmente configurada para analisar pelo menos um dentre os dados de tendência e os dados de voo complementares para estimar a vida útil restante e prever a falha da sonda.
[0043] Em qualquer um dos sistemas acima, os dados de voo complementares podem incluir pelo menos um dentre condição climática, trajetória de voo e histórico de serviço da aeronave.
[0044] Em qualquer um dos sistemas acima, a infraestrutura de nuvem pode ser adicionalmente configurada para implementar um aplicativo de análise de dados para analisar o pacote de dados.
[0045] Em qualquer um dos sistemas acima, o aplicativo de análise de dados pode incluir aprendizado por máquina.
[0046] Em qualquer um dos sistemas acima, pelo menos uma dentre a infraestrutura de nuvem e a estação terrestre pode ser configurada para gerar uma notificação da estimativa de vida útil restante e da falha da sonda.
[0047] Um método para operar uma infraestrutura de nuvem em um sistema para monitorar uma sonda suportada por veículo inclui receber, por um primeiro dispositivo de borda em comunicação com a sonda, dados detectados relacionados a uma característica de um elemento de aquecimento da sonda, analisar, por um primeiro aplicativo do primeiro dispositivo de borda, os dados detectados 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 um coordenador, um pacote de dados, analisar, pela infraestrutura de nuvem, o pacote de dados para estimar uma vida útil restante e uma falha de sonda, e transmitir, pela infraestrutura de nuvem, atualizações ao coordenador.
[0048] O método do parágrafo anterior pode opcionalmente incluir, adicional e/ou alternativamente, qualquer um ou mais dos recursos, configurações e/ou componentes adicionais a seguir: O método acima pode incluir adicionalmente analisar, por um segundo aplicativo 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 incorpora, pelo coordenador, a segunda emissão de dados no pacote de dados.
[0049] Em qualquer um dos métodos acima, o primeiro aplicativo pode ser um aplicativo principal, e o segundo aplicativo pode ser um aplicativo dinâmico.
[0050] Qualquer um dos métodos acima pode incluir adicionalmente: monitorar, pelo aplicativo principal, os dados detectados, e analisar, pelo aplicativo principal, os dados detectados para gerar a primeira emissão de dados.
[0051] Qualquer um dos métodos acima pode incluir adicionalmente: monitorar, pelo aplicativo dinâmico, a primeira emissão de dados, analisar, pelo aplicativo dinâmico, a primeira emissão de dados se um evento de gatilho ocorrer, e gerar, pelo aplicativo dinâmico, a segunda emissão de dados.
[0052] Em qualquer um dos métodos acima, a etapa de analisar o pacote de dados pode incluir implementar, pela infraestrutura de nuvem, um aplicativo de análise dados.
[0053] Qualquer um dos métodos acima pode incluir adicionalmente: refinar, pelo coordenador, pelo menos um dentre o aplicativo principal e o aplicativo dinâmico.
[0054] Em qualquer um dos métodos acima, as atualizações transmitidas para o coordenador podem incluir um evento de gatilho atualizado.
[0055] Qualquer um dos métodos acima pode incluir adicionalmente: transmitir, pela infraestrutura de nuvem, dados para uma estação terrestre.
[0056] Qualquer um dos métodos acima pode incluir adicionalmente: gerar, por pelo menos uma dentre a infraestrutura de nuvem e a estação terrestre, uma notificação de uma estimativa da vida útil restante da sonda e uma previsão da falha da sonda.
[0057] 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 que equivalentes podem ser substituídas por elementos da mesma sem se afastar do escopo da invenção. Além disso, muitas modificações podem ser feitas para adaptar uma situação ou material particular aos ensinamentos da invenção sem se afastar do escopo essencial da mesma. Portanto, a invenção não se destina a se limitar à modalidade específica divulgada (ou às modalidades específicas divulgadas), porém a invenção incluirá todas as modalidades que são abrangidas pelo escopo das reivindicações anexas.
Claims (20)
1. Sistema para monitorar uma sonda suportada por veículo, sendo que o sistema é caracterizado pelo fato de que compreende: um primeiro dispositivo de borda em comunicação com a sonda e configurado para detectar dados relacionados a uma característica de um elemento de aquecimento da sonda; um coordenador em comunicação com o primeiro dispositivo de borda e configurado para receber uma primeira emissão de dados a partir do primeiro dispositivo de borda e incorporar a primeira emissão de dados em um pacote de dados; uma infraestrutura de nuvem em comunicação com o coordenador por meio de uma porta de comunicação de dados e configurada para analisar o pacote de dados para estimar uma vida útil restante e prever uma falha da sonda; e uma estação terrestre em comunicação com a infraestrutura de nuvem e configurada para refinar estimativa de vida útil restante e técnicas de previsão de falha do sistema.
2. Sistema de acordo com a reivindicação 1, 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.
3. Sistema de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o coordenador é adicionalmente configurado para receber uma segunda emissão de dados do primeiro dispositivo de borda ou gerar a segunda emissão de dados.
4. Sistema de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o coordenador é adicionalmente configurado para incorporar a segunda emissão de dados no pacote de dados.
5. Sistema de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: um segundo dispositivo de borda em comunicação com uma sonda da aeronave separada, em que o coordenador é adicionalmente configurado para receber uma terceira emissão de dados do segundo dispositivo de borda e incorporar a terceira emissão de dados no pacote de dados.
6. Sistema de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a infraestrutura de nuvem é adicionalmente configurada para analisar pelo menos um dentre os dados de tendência e os dados de voo complementares para estimar a vida útil restante e prever a falha da sonda.
7. Sistema de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que os dados de voo complementares compreendem pelo menos um dentre condição climática, trajetória de voo e histórico de serviço da aeronave.
8. Sistema de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a infraestrutura de nuvem é adicionalmente configurada para implementar um aplicativo de análise de dados para analisar o pacote de dados.
9. Sistema de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o aplicativo de análise de dados inclui aprendizado de máquina.
10. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma dentre a infraestrutura de nuvem e a estação terrestre é configurada para gerar uma notificação da estimativa de vida útil restante e da falha da sonda.
11. Método para operar uma infraestrutura de nuvem em um dispositivo de borda em um sistema para monitorar uma sonda suportada por veículo, sendo que o método é caracterizado pelo fato de que compreende: receber, por um primeiro dispositivo de borda em comunicação com a sonda, dados detectados relacionados a uma característica de um elemento de aquecimento da sonda; analisar, por um primeiro aplicativo do primeiro dispositivo de borda, os dados detectados 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 um coordenador, um pacote de dados; analisar, pela infraestrutura de nuvem, o pacote de dados para estimar uma vida útil restante e uma falha da sonda; e transmitir, pela infraestrutura de nuvem, atualizações para o coordenador.
12. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: analisar, por um segundo aplicativo 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.
13. Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o primeiro aplicativo é um aplicativo principal, e em que o segundo aplicativo é um aplicativo dinâmico.
14. Método de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: monitorar, pelo aplicativo principal, os dados detectados; e analisar, pelo aplicativo principal, os dados detectados para gerar a primeira emissão de dados.
15. Método de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: monitorar, pelo aplicativo dinâmico, a primeira emissão de dados; e analisar, pelo aplicativo dinâmico, a primeira emissão de dados se um evento de gatilho ocorrer; e gerar, pelo aplicativo dinâmico, a segunda emissão de dados.
16. Método de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que a etapa de analisar o pacote de dados compreende: implementar, pela infraestrutura de nuvem, um aplicativo de análise de dados.
17. Método de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: refinar, pelo coordenador, pelo menos um dentre o aplicativo principal e o aplicativo dinâmico.
18. Método de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que as atualizações transmitidas para o coordenador incluem um evento de gatilho atualizado.
19. Método de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: transmitir, pela infraestrutura de nuvem, dados para uma estação terrestre.
20. Método de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: gerar, por pelo menos uma dentre a infraestrutura de nuvem e a estação terrestre, uma notificação de uma estimativa da vida útil restante da sonda e uma previsão da falha da sonda.
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