BR102023002243A2 - Dispositivo de borda, sistema para monitorar uma sonda suportada por veículo, e, método para operar um dispositivo de borda - Google Patents

Dispositivo de borda, sistema para monitorar uma sonda suportada por veículo, e, método para operar um dispositivo de borda Download PDF

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Abstract

dispositivo de borda, sistema para monitorar uma sonda suportada por veículo, e, método para operar um dispositivo de borda. um dispositivo de borda para uso em um sistema para monitorar uma sonda suportada por veículo inclui uma primeira interface de comunicação configurada para receber dados detectados relacionados a uma característica de um elemento de aquecimento de uma primeira sonda, um módulo de aplicativo principal configurado para hospedar uma pluralidade de aplicativos principais, um módulo de aplicativo dinâmico configurado para hospedar uma pluralidade de aplicativos dinâmicos e uma unidade de processamento configurada para implementar a pluralidade de aplicativos principais nos dados detectados. a pluralidade de aplicativos principais inclui um aplicativo de processamento de dados brutos configurado para monitorar e analisar os dados detectados para gerar uma primeira emissão de dados.

Description

FUNDAMENTOS
[001] A matéria divulgada se refere a um monitoramento de saúde para prognóstico e, mais especificamente, a um sistema de monitoramento de saúde para prognóstico modular para sondas de dados aéreos.
[002] 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 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 aéreos. Consequentemente, elementos de aquecimento resistivos 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) podem provocar uma falha abrupta do elemento de aquecimento. Quando o elemento de aquecimento quebra, a sonda precisa ser substituída antes da decolagem subsequente da aeronave para garantir o monitoramento contínuo de parâmetros de dados aéreos. Desse modo, o monitoramento de saúde das sondas de dados aéreos é de importância crucial.
[003] Sistemas de monitoramento de saúde com base em aeronaves existentes podem monitorar vários parâmetros de sonda, mas carecem da sofisticação para analisar os dados com o uso de algoritmos complexos de monitoramento de saúde. 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 atualizados. Existe uma necessidade de um sistema de monitoramento de saúde dinâmico para previsão em tempo real de vida útil restante e falha prevista de uma sonda de dados aéreos com um alto nível de precisão.
SUMÁRIO
[004] Um dispositivo de borda para uso em um sistema para monitorar uma sonda suportada por veículo inclui uma primeira interface de comunicação configurada para receber dados detectados relacionados a uma característica de um elemento de aquecimento de uma primeira sonda, um módulo de aplicativo principal configurado para hospedar uma pluralidade de aplicativos principais, um módulo de aplicativo dinâmico configurado para hospedar uma pluralidade de aplicativos dinâmicos e uma unidade de processamento configurada para implementar a pluralidade de aplicativos principais nos dados detectados. A pluralidade de aplicativos principais inclui um aplicativo de processamento de dados brutos configurado para monitorar e analisar os dados detectados para gerar uma primeira emissão de dados.
[005] Um método para operar um dispositivo de borda em um sistema para monitorar uma sonda suportada por veículo inclui ligar o dispositivo de borda, determinar, por uma unidade de processamento do dispositivo de borda, uma localização e uma identificação do dispositivo de borda, receber, por uma primeira interface de comunicação do dispositivo de borda, dados detectados relacionados a uma característica de um elemento de aquecimento da sonda, monitorar e analisar, por meio de um aplicativo de processamento de dados brutos do dispositivo de borda, os dados detectados para gerar uma primeira emissão de dados e enviar, por meio de um segunda interface de comunicação do dispositivo de borda, a primeira emissão de dados para um coordenador.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[006] A Figura 1 é um diagrama de um sistema de monitoramento de saúde para prognóstico.
[007] A Figura 2 é um diagrama de um dispositivo de borda do sistema de monitoramento de saúde para 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 pré-carregado de dados de estágio-2.
[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 dinamicamente carregados de estágio-2.
[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 dinamicamente carregados de estágio-2 alternativo.
[0012] A Figura 5 é um diagrama de um coordenador inteligente do sistema de monitoramento de saúde para 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 saúde para 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 a título de representação e não de limitação. Deve ser entendido que diversas outras 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 as modalidades da presente invenção podem incluir características e componentes não especificamente mostrados nos desenhos.
DESCRIÇÃO DETALHADA
[0016] A presente divulgação apresenta um sistema de monitoramento de saúde para 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 dados aéreos de aeronave. 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. Dados emitidos a partir de cada dispositivo de borda são enviados a um coordenador inteligente do sistema para mais monitoramento e análise. O coordenador compacta os dados e envia os mesmos a 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 de múltiplos estágios 10 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 respectiva 12. Cada sensor 16 está ainda 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, bem como parâmetros de aeronave de um ou mais sistemas de aviônica 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 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 montadas 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.
[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 18 exemplificativo como um nó de extremidade modular. São mostrados na Figura 2 como parte do dispositivo de borda 18 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/interface de comunicação de entrada 48 com fio (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 um 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. Mediante a alimentação do 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 a localização física do dispositivo de borda 18. A unidade de processamento 40, então, lê a configuração do dispositivo armazenada na memória 42 e configura o dispositivo de borda 18 com base na 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 com fio 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 segurança cibernética (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, 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 nível mais alto 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 são acessíveis pelo gerenciador de dados 54. O gerenciador de dados 54 gerencia os dados do dispositivo de borda 18 de acordo com essa configuração. O gerenciador de dados 54 implementa uma metodologia de publicação/assinatura para possibilitar que um ou mais aplicativos do módulo de aplicativo de PHM hospedado 58 publique os dados processados enquanto outros aplicativos podem realizar a assinatura de dados para processamento. Quaisquer dados publicados são divulgados automaticamente a quaisquer aplicativos que realizam assinatura para tais dados. O gerenciador de dados 54 permite adicionalmente o particionamento de espaço e tempo dos 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 para permitir a comunicação com os sistemas externos. O manipulador de comunicação 56 usa medidas de segurança cibernética (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 de aviônica.
[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 “aplicativos principais 62”) e o módulo de aplicativo dinâmico 64 com aplicativos dinâmicos 66-1 e 66-2 (denominados coletivamente “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 permite 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.), segurança cibernética (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, item de dados de parâmetros etc.).
[0023] Os aplicativos principais 62 permitem 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 de Fourier Rápida (FFT), detecção de falha 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 de aquecedor detectados 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 resultantes podem ser enviadas ao coordenador 20, bem como ainda monitoradas por um dentre os aplicativos dinâmicos 66, conforme é discutido mais detalhadamente a seguir. O aplicativo principal 62-3 pode ser um aplicativo carregador de campo para atualizar quaisquer um dos aplicativos em grupo ou seções discutidas acima.
[0024] Os aplicativos dinâmicos 66 são aplicativos de PHM opcionais que podem ser de natureza temporária ou de curto prazo. Mais especificamente, os aplicativos dinâmicos 66 podem ser automaticamente carregados no dispositivo de borda 18 pelo coordenador 20 e/ou possibilitadas/ativadas pela ocorrência de um ou mais eventos de gatilho. Desse modo, aplicativos dinâmicos 66 podem ser automaticamente desativados após um intervalo específico ou quando outras condições ocorrerem. O aplicativo dinâmico 66-1 pode incluir um ou mais algoritmos de monitoramento de aplicação específica (por exemplo, para monitoramento de temperatura de frenagem, monitoramento de acústica, BIT inteligente, monitoramento de bateria, monitoramento de vibração, monitoramento de temperatura de cabine, detecção de falha 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 de dados mais fina nos dados monitorados e atualizar dinamicamente o esquema de monitoramento de dados do dispositivo de borda 18 de hospedagem. A análise de dados mais fina 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 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. Uma Figura 4C é uma plotagem, ao longo 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, dinamicamente carregado e alternativo com base em acionador.
[0026] Conforme mostrado na Figura 4A da parte de topo a parte de fundo do eixo geométrico y, há plotagens de sistema de PHM 10, o aplicativo de processamento de dados de pré-PHM de estágio-1, acionadores 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 de dados gerada pelo aplicativo de estágio-1 para eventos de gatilho. Desse modo, o aplicativo de avaliação de PHM alvejado de estágio-2 começa a operar no tempo t2. Um evento de gatilho “inicial” ocorre no tempo t3. Para quaisquer uma das modalidades das Figuras 4A-4C, um evento de gatilho “inicial” pode ser, por exemplo, um defeito de sonda ou uma extrapolação de um limite ou uma contagem predeterminada de parâmetro. Além disso, no tempo t3, o aplicativo de avaliação de PHM alvejado de estágio-2 começa a análise de dados mais fina, 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 de dados mais fina 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 de dados mais fina e gerar uma emissão de análise de dados mais fina a ser 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 configurado para ser executado durante um intervalo predeterminado (intervalo 68B) quando ativado. A ativação pode ocorrer por meio de um evento de gatilho “inicial” e a desativação com a decorrência de tempo. Quanto à 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 de dados mais fina. O tempo decorre no tempo t4, e o aplicativo de avaliação de PHM alvejado de estágio-2 é desativado. A emissão de análise de dados mais fina gerada pelo aplicativo de avaliação de PHM alvejado de estágio-2 pode ser enviada ao coordenador 20. Em uma modalidade alternativa, a 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 ligeiramente deslocado do temporizador devido a um atraso no ciclo de ciclo de processamento do evento que aciona o temporizador.
[0028] A Figura 4C mostra um aplicativo de avaliação de PHM alvejado de estágio-2 alternativo carregado dinamicamente configurado para ativação à base de gatilho. Quanto às 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 a ativação do aplicativo de avaliação de PHM alvejado de estágio-2 para realizar análise de dados mais fina no tempo t4. Um evento de gatilho “final” ocorre no tempo t5, resultando na desativação do aplicativo de avaliação de PHM alvejado de estágio-2 no tempo t6. O intervalo 68C defina o período de atividade do aplicativo de avaliação de PHM alvejado de estágio-2. Quanto às modalidades das Figuras 4A e 4B, a emissão de análise de dados mais fina 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 20 exemplificativo. Conforme mostrado na Figura 5, o coordenador 20 inclui interfaces de comunicação 70 que realizam 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, um microprocessador ou um 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 na aeronave. Mediante a alimentação, a unidade de processamento 74 recupera o dispositivo de borda 18 e/ou o coordenador 20 se atualiza (por exemplo, software, informações de configuração, grupos de cargas de campo etc.) a partir 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] Conforme discutido acima com relação às Figuras 4B e 4C, o coordenador 20 pode monitorar as emissões de dados brutos de pré-PHM de estágio-1 de um dispositivo de borda 18 associado, e carregar dinamicamente um aplicativo de avaliação alvo 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 alvo 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 alvo de estágio-2 com o uso da unidade de processamento 74.
[0031] O coordenador 20 pode ainda sintetizar os dados de aeronave monitorados a partir do sistema (ou sistemas) de aviônica 22 com as emissões de análise de dados brutos (estágio-1) e mais finas (estágio-2) de múltiplos dispositivos de borda 18 para determinar eventos de gatilho e tomar 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. Mostra-se na Figura 6, de cima a baixo do eixo geométrico y, as plotagens da operação do sistema de PHM 10, os aplicativos de processamento de dados de pré-PHM de estágio-1 e os aplicativos de avaliação alvo de PHM de estágio-2 de um primeiro e um segundo dispositivo de borda 18, dados monitorados a partir 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 da Figura 6, o coordenador 20 pode monitorar e analisar dados de mais de 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 genericamente definido como intervalo 68. O evento de gatilho “inicial” 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 nos dados de aeronave, ocorre e o coordenador 20 inicia 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 encerra 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 a 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, permitida 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 data e hora e podem ser empacotados antes de serem enviados à nuvem 26 e/ou à estação terrestre 28. Podem ser implementadas medidas de segurança cibernética, como criptografia e assinaturas digitais, pelo TPM 78 para garantir a confidencialidade, a integridade e a autenticação do pacote (ou pacotes) de dados. Em uma modalidade alternativa, o sistema 10 pode incluir mais que 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 a estação terrestre 28 por meio da porta de comunicação na aeronave 24. Com referência à Figura 1, a porta de comunicação na aeronave 24 é distinta do coordenador 20, no entanto, 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 aprendizagem por 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 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 aprendizagem por máquina para analisar dados recebidos, bem como dados de aeronave monitorados, histórico de dados e dados de tendência. Dados de voo complementares, 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 algoritmos dos aplicativos de estágio-1, estágio-2 e/ou estágio-3 para aprimorar a relevância e a 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, coleta de dados e 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, em que 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 e acessíveis por uma equipe de manutenção de aeronave. Tal relatório pode ser realizado por meio de um alerta ou uma 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 sondas em bom estado com base nas horas voo ou em outra métrica padrão.
DISCUSSÃO DE MODALIDADES POSSÍVEIS
[0036] As seguintes são descrições não exclusivas de possíveis modalidades da presente invenção.
[0037] Um dispositivo de borda para uso em um sistema para monitorar uma sonda suportada por veículo inclui uma primeira interface de comunicação configurada para receber dados detectados relacionados a uma característica de um elemento de aquecimento de uma primeira sonda, um módulo de aplicativo principal configurado para hospedar uma pluralidade de aplicativos principais, um módulo de aplicativo dinâmico configurado para hospedar uma pluralidade de aplicativos dinâmicos e uma unidade de processamento configurada para implementar a pluralidade de aplicativos principais nos dados detectados. A pluralidade de aplicativos principais inclui um aplicativo de processamento de dados brutos configurado para monitorar e analisar os dados detectados para gerar uma primeira emissão de dados.
[0038] O dispositivo de borda do parágrafo anterior pode, opcionalmente, incluir adicional e/ou alternativamente qualquer um ou mais dentre características, configurações e/ou componentes adicionais: No dispositivo de borda acima, a pluralidade de aplicativos principais pode incluir ainda: um repositório de dados avançado para implementar algoritmos de análise de dados reutilizáveis e um aplicativo carregador de campo configurado para atualizar pelo menos um dos arquivos de configuração de dispositivo, certificado de segurança cibernética, software específico de dispositivo e aplicativos específicos de dispositivo.
[0039] Em qualquer um dos dispositivos de borda acima, a pluralidade de aplicativos dinâmicos pode incluir um aplicativo de avaliação alvejado configurado para monitorar e analisar a primeira emissão de dados.
[0040] Em qualquer um dos dispositivos de borda acima, o aplicativo de avaliação alvejado pode ser pré-carregado no dispositivo de borda.
[0041] Em qualquer um dos dispositivos de borda, o aplicativo de avaliação alvejado pode ser dinamicamente carregado no dispositivo de borda por um coordenador em comunicação com o dispositivo de borda.
[0042] Em qualquer um dos dispositivos de borda acima, o aplicativo de avaliação alvejado pode ser configurado para gerar uma segunda emissão de dados.
[0043] Qualquer um dos dispositivos de borda acima pode incluir ainda: uma memória acessível pela unidade de processamento e configurada para armazenar a pluralidade de aplicativos principais e uma segunda interface de comunicação configurada para comunicar a primeira emissão de dados e a segunda emissão de dados para um coordenador do sistema.
[0044] Em qualquer um dos dispositivos de borda acima, a pluralidade de aplicativos dinâmicos pode incluir ainda: um aplicativo de monitoramento para monitorar pelo menos um dentre temperatura de frenagem, acústica, BIT inteligente, bateria, vibração, temperatura de cabine e falha de arco de corrente de aquecedor.
[0045] Em qualquer um dos dispositivos de borda acima, a característica do elemento de aquecimento pode ser uma dentre corrente, capacitância e tensão.
[0046] Em qualquer um dos dispositivos de borda acima, o veículo pode ser uma aeronave, e a primeira sonda pode ser uma dentre uma sonda- piloto, uma sonda de temperatura de ar total e uma sonda de ângulo de ataque.
[0047] Um sistema para monitorar uma sonda suportada por veículo inclui um coordenador em comunicação com qualquer um dos dispositivos de borda e configurado para receber a primeira emissão de dados e a segunda emissão de dados do primeiro dispositivo de borda e para incorporar a primeira emissão de dados e a segunda emissão de dados em um pacote de dados, e 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.
[0048] No sistema 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.
[0049] Um método para operar um dispositivo de borda em um sistema para monitorar uma sonda suportada por veículo inclui ligar o dispositivo de borda, determinar, por uma unidade de processamento do dispositivo de borda, uma localização e uma identificação do dispositivo de borda, receber, por uma primeira interface de comunicação do dispositivo de borda, dados detectados relacionados a uma característica de um elemento de aquecimento da sonda, monitorar e analisar, por meio de um aplicativo de processamento de dados brutos do dispositivo de borda, os dados detectados para gerar uma primeira emissão de dados e enviar, por meio de um segunda interface de comunicação do dispositivo de borda, a primeira emissão de dados para um coordenador.
[0050] O método do parágrafo anterior pode, opcionalmente, incluir adicional e/ou alternativamente qualquer um ou mais dentre características, configurações e/ou componentes adicionais: O método acima pode incluir ainda: monitorar, por um aplicativo de avaliação alvejado do dispositivo de borda, a primeira emissão de dados, e analisar, pelo aplicativo de avaliação alvejado, a primeira emissão de dados e gerar uma segunda emissão de dados.
[0051] Qualquer um dos métodos acima pode incluir ainda: carregar e ativar, pelo coordenador, o aplicativo de avaliação alvejado para o dispositivo de borda, e analisar a primeira emissão de dados se o evento de gatilho ocorrer.
[0052] Em qualquer um dos métodos acima, o evento de gatilho pode compreender um evento inicial e um evento final.
[0053] Em qualquer um dos métodos acima, o evento inicial pode compreender pelo menos um dentre um defeito de sonda e uma extrapolação de um limite ou uma contagem de parâmetro.
[0054] Em qualquer um dos métodos acima, o evento final pode incluir uma dentre decorrência de um período de tempo predeterminado após o evento inicial e uma extrapolação de um limite ou uma contagem de parâmetro.
[0055] Embora a invenção tenha sido descrita com referência a uma modalidade exemplificativa (ou modalidades exemplificativas), será entendido por aqueles versados na técnica que várias alterações podem ser feitas e que equivalentes podem ser substituídos por elementos dessas sem se afastar do escopo da invenção. Além disso, muitas modificações podem ser realizadas para adaptar uma situação ou um material particular aos ensinamentos da invenção sem se afastar do escopo essencial da mesma. Portanto, a invenção não se limita à modalidade específica divulgada (ou modalidades específicas divulgadas), porém a invenção incluirá todas as modalidades que são abrangidas pelo escopo das reivindicações anexas.

Claims (20)

1. Dispositivo de borda para uso em um sistema para monitorar uma sonda suportada por veículo, sendo que o dispositivo de borda é caracterizado pelo fato de que compreende: uma primeira interface de comunicação configurada para receber dados detectados relacionados a uma característica de um elemento de aquecimento de uma primeira sonda; um módulo de aplicativo principal configurado para hospedar uma pluralidade de aplicativos principais; um módulo de aplicativo dinâmico configurado para hospedar uma pluralidade de aplicativos dinâmicos; e uma unidade de processamento configurada para implementar a pluralidade de aplicativos principais nos dados detectados, em que a pluralidade de aplicativos principais compreende: um aplicativo de processamento de dados brutos configurado para monitorar e analisar dados detectados e gerar a primeira emissão de dados.
2. Dispositivo de borda de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de aplicativos principais compreende adicionalmente: um repositório de dados avançado para implementar algoritmos de análise de dados reutilizáveis; e um aplicativo de carregador de campo configurado para atualizar pelo menos um dentre arquivos de configuração de dispositivo, certificado de segurança cibernética, software específico de dispositivo e aplicativos específicos de dispositivo.
3. Dispositivo de borda de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de aplicativos dinâmicos compreende um aplicativo de avaliação alvejado configurado para monitorar e analisar a primeira emissão de dados.
4. Dispositivo de borda de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o aplicativo de avaliação alvejado é pré- carregado no dispositivo de borda.
5. Dispositivo de borda de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o aplicativo de avaliação alvejado é dinamicamente carregado no dispositivo de borda por um coordenador em comunicação com o dispositivo de borda.
6. Dispositivo de borda de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o aplicativo de avaliação alvejado é configurado para gerar uma segunda emissão de dados.
7. Dispositivo de borda de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: uma memória acessível pela unidade de processamento e configurada para armazenar a pluralidade de aplicativos principais; e uma segunda interface de comunicação configurada para comunicar a primeira emissão de dados e a segunda emissão de dados a um coordenador do sistema.
8. Dispositivo de borda de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que os aplicativos dinâmicos compreendem adicionalmente: um aplicativo de monitoramento para monitorar pelo menos uma dentre temperatura de freio, acústica, BIT inteligente, bateria, vibração, temperatura de cabine e falha de arco de corrente do aquecedor.
9. Dispositivo de borda de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a característica do elemento de aquecimento é uma dentre corrente, capacitância e tensão.
10. Dispositivo de borda de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o veículo é uma aeronave, e em que a primeira sonda é uma dentre uma sonda-piloto, uma sonda de temperatura de ar total e uma sonda de ângulo de ataque.
11. Sistema para monitorar uma sonda suportada por veículo, sendo que o sistema é caracterizado pelo fato de que compreende: um coordenador em comunicação com o dispositivo de borda, como definido na reivindicação 4, e configurado para receber a primeira emissão de dados e a segunda emissão de dados do primeiro dispositivo de borda e incorporar a primeira emissão de dados e a segunda emissão de dados em um pacote de dados; e 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 a fim de estimar uma vida útil restante e prever uma falha da primeira sonda.
12. Sistema de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: um segundo dispositivo de borda em comunicação com uma segunda sonda e configurado para detectar dados relacionados a uma característica de um elemento de aquecimento da segunda sonda.
13. Sistema de acordo com a reivindicação 12, 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.
14. Método para operar 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: ligar o dispositivo de borda; determinar, por uma unidade de processamento do dispositivo de borda, uma localização e uma identificação do dispositivo de borda; receber, por uma primeira interface de comunicação do dispositivo de boda, dados detectados relacionados a uma característica de um elemento de aquecimento da sonda; monitorar e analisar, por um primeiro aplicativo de processamento de dados brutos do dispositivo de borda, os dados detectados para gerar uma primeira emissão de dados; e enviar, por meio de uma segunda interface de comunicação do dispositivo de borda, a primeira emissão de dados para um coordenador.
15. Método de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: monitorar, por um aplicativo de avaliação alvejado do dispositivo de borda, a primeira emissão de dados; e analisar, pelo aplicativo de avaliação alvejado, a primeira emissão de dados e gerar uma segunda emissão de dados.
16. Método de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: enviar, por meio da segunda interface de comunicação do dispositivo de borda, a segunda emissão de dados para o coordenador.
17. Método de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: carregar e ativar, pelo coordenador, um aplicativo de avaliação alvejado ao dispositivo de borda; e analisar a primeira emissão de dados se um evento de gatilho ocorrer.
18. Método de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que o evento de gatilho compreende um evento inicial e um evento final.
19. Método de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que o evento inicial compreende pelo menos um dentre um defeito de sonda e uma extrapolação de um limite ou uma contagem de parâmetro.
20. Método de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que o evento final compreende uma dentre expiração de um período de tempo predeterminado após o evento inicial e uma extrapolação de um limite ou uma contagem de parâmetro.
BR102023002243-0A 2022-02-07 2023-02-06 Dispositivo de borda, sistema para monitorar uma sonda suportada por veículo, e, método para operar um dispositivo de borda BR102023002243A2 (pt)

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