EP2633374A1 - Maintenance information apparatus, state sensor for use therein, and method which can be performed thereby for making a decision for or against maintenance - Google Patents

Maintenance information apparatus, state sensor for use therein, and method which can be performed thereby for making a decision for or against maintenance

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Publication number
EP2633374A1
EP2633374A1 EP11776134.6A EP11776134A EP2633374A1 EP 2633374 A1 EP2633374 A1 EP 2633374A1 EP 11776134 A EP11776134 A EP 11776134A EP 2633374 A1 EP2633374 A1 EP 2633374A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
deterioration
expected
maintenance
operating
parameter
Prior art date
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Ceased
Application number
EP11776134.6A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Gerrit Schramm
Arnd Schirrmann
Klaus Zoller
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Airbus Defence and Space GmbH
Original Assignee
EADS Deutschland GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by EADS Deutschland GmbH filed Critical EADS Deutschland GmbH
Publication of EP2633374A1 publication Critical patent/EP2633374A1/en
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B23/00Testing or monitoring of control systems or parts thereof
    • G05B23/02Electric testing or monitoring
    • G05B23/0205Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults
    • G05B23/0208Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults characterized by the configuration of the monitoring system
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B23/00Testing or monitoring of control systems or parts thereof
    • G05B23/02Electric testing or monitoring
    • G05B23/0205Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults
    • G05B23/0259Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults characterized by the response to fault detection
    • G05B23/0283Predictive maintenance, e.g. involving the monitoring of a system and, based on the monitoring results, taking decisions on the maintenance schedule of the monitored system; Estimating remaining useful life [RUL]
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00Program-control systems
    • G05B2219/30Nc systems
    • G05B2219/32Operator till task planning
    • G05B2219/32234Maintenance planning

Definitions

  • Maintenance information device condition sensor for use therein, and method of decision making for or against maintenance that can be performed thereby
  • the invention relates to an apparatus and a method for supporting a decision as to whether or not maintenance or servicing of a system whose condition is monitored by means of a condition sensor is to be performed. Moreover, the invention relates to a condition sensor usable in such a device or such a method.
  • CBM condition-based maintenance
  • maintenance and servicing are used synonymously. They form a generic term for any measure that is useful for maintaining or improving the operational readiness of the monitored technical system, such as replacement of components or wear parts; Cleaning of contaminants, replacement of operating fluids, lubrication; Replacing or cleaning filters; Removal of waste products; Repair of damaged areas etc.
  • Condition-based maintenance has been introduced to try to maintain or maintain the correct equipment at the right time.
  • CBM is based on the use of real-time data to prioritize and optimize maintenance resources.
  • condition monitoring Monitoring the state of the system is known as "state monitoring.”
  • a condition monitoring device will detect the "health” or “health” of the monitored equipment and act only when maintenance is actually necessary has resulted in extensive metrology of technical systems and equipment, and this, coupled with improved tools for analyzing condition data, has made it more than ever before that maintenance personnel are capable of deciding the right time to perform maintenance Ideally, condition-based maintenance allows maintenance personnel to do just the right and necessary things, minimizing parts replacement costs and system downtime during maintenance and maintenance time.
  • condition-based maintenance can be found in DE 103 32 629 A2, DE 101 44 076 A1, EP 08 95 197 B1, DE 31 10 774 A1, DE 10 2005 012 901 B4, DE 102 22 187 A1, DE 101 48 214 C2.
  • condition-based maintenance has advantages in many technical areas. Examples can be found in the above references and patent documents.
  • condition-based maintenance is particularly interesting in the field of aircraft technology, as it is particularly maintenance-intensive due to the safety relevance of the technical systems used. In particular, there is a need to use condition-based maintenance on all possible parts of an aircraft that require maintenance.
  • the invention is based on the object to obtain a decision support for maintenance planning based on signals from sensors that can provide information about a state of health of the monitored system, but still easier and cheaper to manufacture and integration into a measurement technology than before Condition sensors used at CBM.
  • CBM condition monitoring
  • CBM condition monitoring
  • the system In order to enable condition-based maintenance (CBM) of a system, the system must be equipped with sensors that are able to determine its state of health as far as possible in real time (see DIN 44300). In classical CBM implementations, the sensors determine an expected remaining life (RUL) and, if appropriate, a confidence level. The calculation of the RUL is very complex depending on the application and drives the implementation costs.
  • RUL expected remaining life
  • the invention provides an advantageous algorithm for decision-making with which the technical problem presented above can be solved.
  • Decision support for maintenance planning with non-perfect sensors allows a better prediction of the future wear behavior of condition-monitored components or systems.
  • the improved forecast can be used for a better decision support algorithm.
  • the invention provides a maintenance information device for providing condition-based maintenance information of a technical system, comprising:
  • a, preferably ordinal, sensor with a sensor element for monitoring at least one load or wear size of the technical system tems as an indicator of a maintenance-relevant state of the system, wherein the sensor is designed to provide a, preferably ordinal, state signal,
  • an operation amount detecting means that detects an accumulated amount of operation of the system as a value of an operation amount parameter
  • expectation delivery means for providing a deterioration function representing the expected deterioration characteristic of the condition detectable by the load or wear amount depending on the operation amount parameter
  • At least one predetermined degree of deterioration of the state compares the achieved actual value of the operating volume parameter with the value of the operating volume parameter expected for this predetermined degree of deterioration according to the expected deterioration curve
  • At least one predetermined value of the operating volume parameter then compares the current degree of deterioration of the condition detected by the sensor with the value of the operating volume parameter expected in this degree of deterioration in accordance with the expected deterioration profile
  • a maintenance recommendation generating means for generating a maintenance recommendation for a future planning period based on the recalibrated expected deterioration course.
  • the invention provides a hyperordinal status signal for monitoring the status of at least one component of a technical system for determining a recommendation as to whether maintenance is indicated within a specific planning period or not.
  • the invention provides a hyperordinal condition sensor for monitoring a status of at least one component of a technical system for determining a recommendation as to whether maintenance is indicated within a certain planning period or not.
  • the invention provides a method for deciding whether to maintain a technical system, comprising the steps of:
  • the invention provides discrimination support with data from imperfect hyperordinal sensors.
  • Hyperordinated sensors provide the ability to blur the state of the system.
  • a sensor is hyperordinal when it classifies the state of health of the system it is monitoring.
  • the following classes can be used:
  • the invention provides "decision support with data from imperfect hyperordinal sensors," which is an algorithm that enables reliable residual lifetimes to be determined from economic hyperordinal state information.
  • Such an algorithm allows a reliable determination of the remaining life based on very fuzzy statements made about the health of a system.
  • FIG. 1 shows a schematic block diagram of a maintenance information device and a method for decision-making for or against a maintenance of a monitored technical system that can be carried out therewith;
  • FIG. 1 schematically shows a maintenance information device 10 and a flow chart for its function in the form of an algorithm shown as a block diagram.
  • the maintenance information device 10 serves to provide decision-making information as to whether a state-monitored technical system 12 should be maintained or not.
  • the engineering system 12 may be any equipment or component that is to be maintained. Examples of such technical systems can be found in the literature and patent literature on status-based maintenance cited above.
  • the monitored technical system 12 is a component 14 or equipment of an aircraft. Examples of such components are structural elements of the fuselage or of wings or of tail units, engines or engine parts, air conditioning systems, cooling systems, life support systems, rescue systems, landing gear and chassis parts, etc.
  • the maintenance information device 10 includes a sensor 16, an operating circumference detection device 18, an expected value delivery device 20, a remaining life determination device 22, and a maintenance response determination device 24.
  • the sensor 16 is a health condition detection means 25 which detects a health condition of the technical system 12.
  • the sensor 16 in the illustrated example is configured to detect a size or operating parameter of the technical system 12 that may serve as an indicator of a condition of the system in which maintenance or servicing would be required.
  • the sensor 16 is a non-perfect sensor in the illustrated example, which performs ordinal state measurement as ordinal sensor.
  • the states are preferably scaled on an ordinal scale, so that a degree of deterioration of the state can be determined.
  • the degree of deterioration can range, for example, from the state "NEW VALUE" (eg, as new as new standard state / completely unloaded, unworn state) to the state "SYSTEM FAILURE".
  • the sensor 16 has for this purpose a sensor element 26 which is designed to monitor and detect at least one load or wear size of the technical system, which is a measure of a load or wear of at least a portion of the system 12 and thus an indicator of a state of health can. For example, static or dynamic loads, strains, vibrations, temperatures, viscosities or other properties of operating fluids, etc. are measured.
  • load or wear parameters to be monitored can be found in the literature and patent literature on CBM mentioned in the introduction.
  • sensor elements 26 that can also be used for condition monitoring in the maintenance information device 10 described here are described and shown in the following documents, the contents of which are hereby incorporated by reference: WO2009 / 062635A1, WO2009 / 087164A1,
  • the operation amount detection means 18 detects the accumulated amount of operation of the monitored technical system 12 and supplies the measurement as a value of an operation amount parameter. In most cases, the operating time of the monitored system 12 is simply detected as the operating parameter. In the case of vehicles or the like could be given as an operating parameter and the total with the vehicle or one of its components (eg motor) covered route, since the distance covered in such vehicles can have a greater impact on wear and load than the actual operating time. In technical systems where deterioration could occur independently of actual operation, eg due to material fatigue due to aging phenomena or environmental influences such as wind, weather, seawater, the cumulative time could be measured, or just the time that the component to be monitored could be measured Exposed to environmental influences.
  • a suitable operating parameter detection device 18 such as a clock or other time measuring device for measuring operating time or for measuring other time durations relevant to the state of health, or a distance counter such as an odometer, etc.
  • the maintenance information device 10 will be explained using the example that the operation time of the monitored technical system 12 is detected for the operation amount parameter.
  • the operating circumference detection device 18 is simply a part of the sensor 16.
  • the sensor 16 in addition to the sensor element 26 for detecting the load or operating variable, the sensor 16 also has the operating circumference detection device 18 for detecting the cumulative value of the operating circumference parameter, viz here the accumulated operating time, up.
  • the sensor 16 Due to the detection of the at least one load or wear quantity and the value of the operating circumference parameter present at the time of detection, the sensor 16 forms an ordinal status signal 27, which will be explained in more detail below with reference to FIGS. 2 and 3. As illustrated in FIGS. 2 and 3 with reference to exemplary curves S for the ordinal state signal 27, in the example shown here, the sensor 16 supplies, as an ordinal state signal S, a degree of deterioration j determined on the basis of the detected value of the amount of load or wear depending on the operating scope parameter - here the operating time s-hrs in operating hours. It suffices in the procedure described here for the actual degree of degradation j detected by the sensor 16 to be stated only relative or ordinal. For example, the degree of degradation is normalized in the graphs of FIGS. 2 and 3, where 100 as 100% degradation indicates the system failure and 0 as 0% degradation indicates the mint condition.
  • the expected value delivery facility 20 includes a system database 28 that accumulates based on experience with legacy systems that are comparable to the technical system 12 and / or on the basis of simulation data Degradation paths included.
  • the database includes experience and / or simulation values that include expected states per value of the operating scope parameter.
  • the system database contains expected values for state / operating hours or state / operating cycles.
  • expected function values for the load or wear parameter as a function of the operating parameter specified.
  • the system database 28 receives newer values by receiving the status signal 27 from the sensor 16, which can additionally be used for the later determination of expected values.
  • the expected value delivery device 20 is designed to calculate from the data of the system database 28 an accumulated degradation model 30 of the technical system 2.
  • Such an accumulated degradation model 30 may be represented as an expected degradation history of the condition monitored by the sensor 16. Examples of such accumulated degradation models can be found in the respective curve M in the graphs of FIGS. 2 and 3 for two concrete example cases (Case A in Fig. 2 and Case B for Fig. 3) of a system monitoring.
  • the remainder of the life determining means 22 is connected to the ordinal sensor 16 for receiving the ordinal state signal 27 and is connected to the expected value delivery means 20 for obtaining accumulated degradation models 30.
  • the remaining life determination device 22 calculates a residual life distribution from accumulated degradation models 30 of the system database 28 and the measured ordinal state signal 27 of the technical system 12. From the calculated residual life distribution, a hyper-ordinal state signal 32 is then generated which indicates a hyper-ordinal system state.
  • a hyper-ordinal state sensor 34 is formed.
  • the latter has the ordinal sensor 16, the expected value delivery device 20 and the remaining life determination device 22.
  • sensors are named as hyperordinal, which classify health statuses of the systems they monitor. For example, the following classes are used:
  • the maintenance recommendation generating device 24 determines from the hyper-ordinal status signal 32 a maintenance response. Recommendation 36 according to one of the preceding classifications. Thereby, a decision support function for maintenance actions on the system 12 is obtained. In particular, it is interesting here whether maintenance on a planning scale is required.
  • Aircraft are used, for example, in short-distance, medium-haul or long-haul operation. For example, it is interesting to know whether a maintenance would be required within a planned short-haul, middle-distance or long-haul, which would therefore be carried out beforehand. It may be that maintenance for a short-haul route is not yet required, but a need for long-haul maintenance is expected. Before the long haul would you perform the maintenance thus, before the short haul not yet. It may also be that you should schedule a maintenance at the destination of the home airport and should carry appropriate material.
  • the maintenance recommendations 36 could therefore be one of the following, depending on the planning horizon considered:
  • FIGS. 2 and 3 represent graphs depicting the degree of deterioration j of the monitored condition over the operating range parameter, in our example the service hours [s-hrs].
  • the curves S represent the measured ordinal status signals in the form of a function of the degree of deterioration depending on the value of the operating volume parameter at which such deterioration has been measured ngs-grad.
  • the curves M1 and M2 represent both cases the accumulated degradation models 30 provided by the expected value delivery means 20 as functions of the expected deterioration values j as a function of the values of the operating volume parameter where these deterioration values j are expected.
  • a classification is provided. In the illustrated examples, it is defined that sensor signals indicative of deterioration values j between 0 and 30 are classified into a class A. If sensor signals are within this class A, the health status is in the green range, no action or maintenance is required.
  • the number of hours of operation that accumulated until reaching this second class B is only about 1300 s-hrs, while according to the degradation model 30 about 1600 s-hrs have been estimated until reaching class B.
  • Revision 1 is indicated as a left shift P1 of the remaining degradation path of the degradation model 30.
  • the result is a first-time revised degradation model according to revision 1 as indicated by the curve R1.
  • a (slight) right shift P2 of the remaining degradation model path indicates a (moderate) increase in the useful life of the monitored element.
  • the correspondingly revised The remaining degradation degradation path is represented as Revision 2 by the curve R2.
  • the hyper-ordinal state sensor 34 can indicate the signal GREEN as the hyper-ordinal status signal for the remaining time remaining.
  • a certain threshold for the state of health for example, when a sensor element 26 has exceeded it.
  • woke load or wear size reaches a certain threshold, changed from a class A to a class B.
  • the then achieved value of the operating volume parameter is used to recalibrate the expected deterioration process.
  • the distribution of the remaining remaining service life can be re-estimated and thus a corresponding service recommendation class (eg still GREEN or already YELLOW), depending on the planning period of interest, can be generated.
  • Deviations from the illustrated embodiment are obvious. For example, instead of recalibrating the residual life estimation model, it would be conceivable not to reach a certain transition for the load or wear quantity but to achieve a certain value of the operating parameter.
  • the model 30 of FIG. 2 or 3 is in a different, not shown embodiment, not revised at a certain degree of deterioration j, but on reaching a certain number of operating hours, for example, every 500 hours of operation, based on the then present state signal. However, since the status signal provides a better basis for reliable information about an imminent warning, the variant illustrated in FIGS. 2 and 3 is preferred. LIST OF REFERENCE NUMBERS

Abstract

The invention relates to the area of state-based maintenance where a state of a technical system (12) is monitored by a sensor (16). In order to allow the use of relatively simple sensors (16) with relatively simple evaluation logic units, the invention proposes a method and an apparatus for assisting decisions on the basis of hyperordinal signals from nonperfect hyperordinal state sensors (34).

Description

Instandhaltungsinformationsvorrichtung, Zustandssensor zur Verwendung darin sowie damit durchführbares Verfahren zur Entscheidungsfindung für oder gegen eine Instandhaltung  Maintenance information device, condition sensor for use therein, and method of decision making for or against maintenance that can be performed thereby
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Unterstützung einer Entscheidung, ob eine Wartung oder Instandhaltung eines Systems, dessen Zustand mittels eines Zustandssensors überwacht wird, durchgeführt werden soll oder nicht. Außerdem betrifft die Erfindung einen in einer solchen Vorrichtung oder einem solchen Verfahren verwendbaren Zustandssensor. The invention relates to an apparatus and a method for supporting a decision as to whether or not maintenance or servicing of a system whose condition is monitored by means of a condition sensor is to be performed. Moreover, the invention relates to a condition sensor usable in such a device or such a method.
Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der zustandsbasierten Instandhaltung (englisch: condition-based maintenance, CBM). Kurz gesagt bedeutet CBM, dass dann eine Wartung oder Instandhaltung durchgeführt wird, wenn das Bedürfnis hierzu entsteht. Die Wartung oder Instandhaltung wird durchgeführt, wenn ein Indikator oder mehrere Indikatoren zeigen, dass die überwachte Ausrüstung oder das ü- berwachte System ausfallen wird oder dass sich Betriebseigenschaften, technische Eigenschaften, Funktionen der überwachten Ausrüstung oder des überwachten technischen Systems verschlechtern. The invention is in the field of condition-based maintenance (CBM). In short, CBM means that maintenance or servicing is then carried out when the need arises. Maintenance or servicing is performed when one or more indicators indicate that the monitored equipment or system will fail, or that operating characteristics, technical characteristics, functions of the monitored equipment or the monitored technical system will deteriorate.
Zum Zwecke der Beschreibung der Erfindung und deren vorteilhafte Ausgestaltungen werden die Begriffe Wartung und Instandhaltung synonym gebraucht. Sie bilden einen Oberbegriff für jede Maßnahme, die zum Erhalt oder zur Verbesserung der Funktionsbereitschaft des überwachten technischen Systems dienlich sind, so wie z.B. Austausch von Komponenten oder Verschleißteilen; Reinigung von Verschmutzungen, Austausch von Betriebsflüssigkeiten, Schmierung; Ersetzen oder Reinigen von Filtern; Entfernen von Abfallprodukten; Reparatur von Schadstellen usw. Zustandsbasierte Wartung wurde eingeführt, um zu versuchen, die korrekte Ausrüstung zu der richtigen Zeit zu warten oder instand zu halten. CBM basiert auf der Verwendung von Echtzeitdaten, um Instandhaltungsressourcen zu priorisieren und zu optimieren. Eine Überwachung des Zustande des Systems ist als„Zustands- Überwachung" bekannt. Eine Vorrichtung zur Zustandsüberwachung wird die„Gesundheit" oder den„Gesundheitszustand" der überwachten Ausrüstung erfassen und nur dann handeln, wenn eine Wartung tatsächlich notwendig ist. Die Entwicklung der jüngsten Jahre hat zu einer extensive Messtechnikausstattung von technischen Systemen und Ausrüstungen geführt und dies führte, zusammen mit ver- besserten Werkzeugen, zum Analysieren von Zustandsdaten dazu, dass das Wartungspersonal heute mehr als je zuvor zu der Entscheidung fähig ist, welches die richtige Zeit zum Durchführen einer Instandhaltung an Ausrüstungsstücken ist. Idealerweise erlaubt die zustandsbasierte Wartung, dass das Wartungspersonal nur die richtigen und notwendigen Dinge tut, was Ersatzteilkosten und Stillstands- zeiten des Systems während einer Wartung sowie für Wartung aufgewendete Zeiten minimiert. For the purpose of describing the invention and its advantageous embodiments, the terms maintenance and servicing are used synonymously. They form a generic term for any measure that is useful for maintaining or improving the operational readiness of the monitored technical system, such as replacement of components or wear parts; Cleaning of contaminants, replacement of operating fluids, lubrication; Replacing or cleaning filters; Removal of waste products; Repair of damaged areas etc. Condition-based maintenance has been introduced to try to maintain or maintain the correct equipment at the right time. CBM is based on the use of real-time data to prioritize and optimize maintenance resources. Monitoring the state of the system is known as "state monitoring." A condition monitoring device will detect the "health" or "health" of the monitored equipment and act only when maintenance is actually necessary has resulted in extensive metrology of technical systems and equipment, and this, coupled with improved tools for analyzing condition data, has made it more than ever before that maintenance personnel are capable of deciding the right time to perform maintenance Ideally, condition-based maintenance allows maintenance personnel to do just the right and necessary things, minimizing parts replacement costs and system downtime during maintenance and maintenance time.
Über zustandsbasierte Wartung gibt es einige Literatur, die den derzeitigen Stand der Technik auf diesem Gebiet darstellt und die dabei verwendeten Begriffe, Maß- nahmen und Vorrichtungen erläutern. Hierzu gehören: There are some literature on condition-based maintenance that represents the current state of the art in this field and explains the terms, measures, and devices used. These include:
• Jarrell DB, Sisk DR & Bond LJ: "Prognostics and Condition-based Mainte- nance (CBM) - a Scientific Crystal Ball", Veröffentlichung des Pacific Northwest National Laboratory, Richland, Washington, Nr. PNL-SA-36771 aus dem Jahre 2002 mit weiteren Literaturhinweisen;  • Jarrell DB, Sisk DR & Bond LJ: "Prognostics and Condition-based Maintenance (CBM) - a Scientific Crystal Ball", published by the Pacific Northwest National Laboratory, Richland, Washington, No. PNL-SA-36771 2002 with further references;
· Veröffentlichung der Internationalen Atomenergiebehörde IAEA„Implementation Strategies and Tools for Condition Based Maintenance at Nuclear Power Plants, IAEA-TECDOC-1551 , Mai 2007, mit weiteren Literaturnachweisen;  · International Atomic Energy Agency IAEA's "Implementation Strategies and Tools for Condition Based Maintenance at Nuclear Power Plants, IAEA-TECDOC-1551, May 2007, with further references;
• Memorandum for Secretaries of the Military Departments, by Deputy Under- Secretary of Defence, USA, 25. November 2002: "Policy for Department of • Memorandum for Secretaries of the Military Departments, by Deputy Under Secretary of Defense, USA, November 25, 2002: "Policy for Department of
Defence condition-based maintenance". Aus den vorstehenden, unter anderem über das Internet verbreiteten Veröffentlichungen geht hervor, dass unterschiedliche Zustandssensoren zur Überwachung von Größen eingesetzt werden können, die Belastung oder Verschleiß einer Komponente eines technischen Systems anzeigen können. Beispielsweise können Vibrationen, Materialdehnungen, Temperaturen, Viskositäten oder sonstige Eigenschaften von Betriebsflüssigkeiten, usw. überwacht werden. Defense condition-based maintenance ". It is apparent from the above publications, inter alia via the Internet, that different state sensors can be used to monitor quantities that can indicate load or wear of a component of a technical system. For example, vibrations, material expansions, temperatures, viscosities or other properties of operating fluids, etc. can be monitored.
Beispiele aus der Patentliteratur zu zustandsbasierter Wartung finden sich in der DE 103 32 629 A2, der DE 101 44 076 A1 , der EP 08 95 197 B1 , der DE 31 10 774 A1 , der DE 10 2005 012 901 B4, der DE 102 22 187 A1 , der DE 101 48 214 C2. Examples from the patent literature on condition-based maintenance can be found in DE 103 32 629 A2, DE 101 44 076 A1, EP 08 95 197 B1, DE 31 10 774 A1, DE 10 2005 012 901 B4, DE 102 22 187 A1, DE 101 48 214 C2.
Die jeweils überwachten technischen Systeme können ganz unterschiedlich sein; zustandsbasierte Wartung hat auf vielen technischen Bereichen Vorteile. Beispiele finden sich in den oben genannten Literaturstellen und Patentdokumenten. Interessant ist die zustandsbasierte Wartung insbesondere auch auf dem Gebiet der Flugzeugtechnik, da diese aufgrund der Sicherheitsrelevanz der eingesetzten technischen Systeme besonders wartungsintensiv ist. Es besteht insbesondere das Bedürfnis, die zustandsbasierte Wartung an allen möglichen Teilen eines Luftfahrzeuges, die einer Wartung bedürfen, einzusetzen. The respective monitored technical systems can be quite different; Condition-based maintenance has advantages in many technical areas. Examples can be found in the above references and patent documents. The condition-based maintenance is particularly interesting in the field of aircraft technology, as it is particularly maintenance-intensive due to the safety relevance of the technical systems used. In particular, there is a need to use condition-based maintenance on all possible parts of an aircraft that require maintenance.
Dies ist jedoch ein Fernziel, das bis jetzt wegen der Schwächen der bisher bekannten Vorrichtungen und Verfahren zur Zustandsüberwachung und Instandhal- tung noch nicht realisiert werden kann. However, this is a long-term goal, which until now can not be realized because of the weaknesses of the previously known devices and methods for condition monitoring and maintenance.
In der Flugzeugtechnik gibt es zudem das Problem eines zu erwartenden Anstiegs von Wartungsarbeiten, da immer mehr neue Materialien, wie kraftflussgerechte Faserverbundwerkstoffe, im Luftfahrzeugbau eingesetzt werden, um Gewicht ein- zusparen. Insbesondere bei faserverstärkten Verbundwerkstoffen können jedoch bei stärkerer Belastung Verschleißerscheinungen und unsichtbare innere Schädigungen entstehen, so dass ein Austausch von Komponenten aus faserverstärkten Verbundmaterialen nach bestimmten Betriebsumfängen und Belastungsumfängen angezeigt ist, bevor diese Komponenten ausfallen. Es wäre daher wünschenswert, möglichst viele solcher Komponenten zustandbasiert warten zu können. Der Hauptnachteil von CBM ist jedoch, dass die Anfangskosten von CBM sehr hoch sind. CBM benötigt verbesserte Messtechnik für die überwachte Ausrüstung. Meist sind die Kosten einer ausreichenden Messtechnik sehr hoch; dies gilt speziell auch für Ausrüstung, die bereits installiert worden ist. Aber auch bei der Neuentwicklung von technischen Ausrüstungsgegenständen und Systemen mit den bisher bekannten Zustandssensoren und Auswertetechniken ergeben sich hohe zusätzliche Kosten, so dass zustandsbasierte Wartung bisher nur an wenigen Hauptteilen von technischen Systemen realisiert werden konnte. In aircraft technology, there is also the problem of an expected increase in maintenance work, as more and more new materials, such as power flow-compatible fiber composite materials, are used in aircraft construction to save weight. However, in the case of fiber-reinforced composite materials in particular, wear and tear and invisible internal damage may occur under heavy load, so that an exchange of components made of fiber-reinforced Composite materials according to specific operating scopes and load levels before these components fail. It would therefore be desirable to be able to wait as many state-based as possible for such components. However, the main disadvantage of CBM is that the initial cost of CBM is very high. CBM needs improved metrology for the monitored equipment. In most cases, the costs of adequate measurement technology are very high; This is especially true for equipment that has already been installed. But also in the new development of technical equipment and systems with the previously known state sensors and evaluation techniques result in high additional costs, so that condition-based maintenance could previously only be realized on a few main parts of technical systems.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Entscheid ungsunterstützung zur Wartungsplanung auf Grundlage von Signalen von Sensoren zu erhalten, die Aussagen über einen Gesundheitszustand des überwachten Systems liefern können, aber dennoch einfacher und preiswerter in der Herstellung und der Einbindung in eine Messtechnik sind als bisher bei der CBM eingesetzte Zustandssensoren. Es existiert Literatur zur Zustandsüberwachung (CBM) mit perfekten Sensoren. Zustandsüberwachung mit perfekten Sensoren ist jedoch nur bedingt auf reale Systeme anwendbar. Um zustandsbasierte Wartung (condition-based maintenan- ce - CBM) eines Systems zu ermöglichen, muss das System mit Sensoren ausgestattet sein, die dessen Gesundheitszustand möglichst in Echtzeit (siehe hierzu DIN 44300) zu ermitteln in der Lage sind. In klassischen CBM-Implementierungen ermitteln die Sensoren eine erwartete Restlebenszeit (remaining useful life - RUL) und gegebenenfalls einen Zuverlässigkeitsfaktor (confidence level). Die Berechnung des RUL ist je nach Anwendungsfall sehr aufwändig und treibt die Implementierungskosten. The invention is based on the object to obtain a decision support for maintenance planning based on signals from sensors that can provide information about a state of health of the monitored system, but still easier and cheaper to manufacture and integration into a measurement technology than before Condition sensors used at CBM. There is literature on condition monitoring (CBM) with perfect sensors. However, condition monitoring with perfect sensors is only conditionally applicable to real systems. In order to enable condition-based maintenance (CBM) of a system, the system must be equipped with sensors that are able to determine its state of health as far as possible in real time (see DIN 44300). In classical CBM implementations, the sensors determine an expected remaining life (RUL) and, if appropriate, a confidence level. The calculation of the RUL is very complex depending on the application and drives the implementation costs.
Es ist - beispielsweise aus der vorgenannten Literatur und Patentliteratur - bekannt, dass durch die Entwicklung von CBM-Sensoren und vor allem der Algo- rithmen, die aus erhobenen physikalischen Daten der Sensoren die Restlebenszeit errechnen, hohe bis prohibitive, Kosten anfallen. Dies liegt daran, dass der Sensor zu jedem beliebigen Zeitpunkt zwischen Inbetriebnahme und Ausfall eine möglichst genaue Restlebenszeit zu ermitteln versucht. Dem Entwickler des Sen- sors ist nicht bekannt, wie gut die Berechnung der Restlebenszeit in bestimmten Intervallen wirklich sein muss, so dass ihm keine Möglichkeit zur Optimierung eingeräumt wird. Bisher existieren kein Produkt und keine Literatur zum Thema Entscheidungsunterstützung mit nicht-perfekten Sensoren. Die Erfindung will eine Unterscheidungsunterstützung auf der Grundlage nichtperfekter Sensoren liefern. It is known, for example from the aforementioned literature and patent literature, that through the development of CBM sensors and above all the algo- These algorithms calculate the remaining lifetime from high physical data of the sensors - high to prohibitive costs. This is due to the fact that the sensor tries at any time between commissioning and failure to determine the most accurate residual life possible. The designer of the sensor is not aware of how good the calculation of the remaining lifetime at certain intervals really must be, so that he is given no opportunity for optimization. So far, there is no product or literature on decision support with non-perfect sensors. The invention seeks to provide discrimination support based on imperfect sensors.
Diese Aufgabe wird durch eine Instandhaltungsinformationsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 , einen Zustandssensor mit den Merkmalen des An- Spruches 9 sowie ein Verfahren gemäß Anspruch 10 gelöst. This object is achieved by a maintenance information device having the features of claim 1, a condition sensor having the features of claim 9 and a method according to claim 10.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung stellt die Erfindung einen vorteilhaften Algorithmus zur Entscheidungsfindung bereit, mit dem das oben dargestellte technische Problem gelöst werden kann. According to a preferred embodiment, the invention provides an advantageous algorithm for decision-making with which the technical problem presented above can be solved.
Eine Entscheidungsunterstützung zur Wartungsplanung mit nicht-perfekten Sensoren ermöglicht eine bessere Prognose für das zukünftige Abnutzungsverhalten zustandsüberwachter Komponenten oder Systeme. Die verbesserte Prognose lässt sich für einen besseren Entscheidungsunterstützungsalgorithmus nutzen. Decision support for maintenance planning with non-perfect sensors allows a better prediction of the future wear behavior of condition-monitored components or systems. The improved forecast can be used for a better decision support algorithm.
Gemäß einem Aspekt schafft die Erfindung eine Instandhaltungsinformationsvor- richtung zum Liefern einer Information für eine zustandsbasierte Instandhaltung eines technischen Systems, umfassend: In one aspect, the invention provides a maintenance information device for providing condition-based maintenance information of a technical system, comprising:
einen, vorzugsweise ordinalen, Sensor mit einem Sensorelement zum Überwachen wenigstens einer Belastungs- oder Verschleißgröße des technischen Sys- tems als Indikator für einen wartungsrelevanten Zustand des Systems, wobei der Sensor zum Liefern eines, vorzugsweise ordinalen, Zustandssignals ausgebildet ist, a, preferably ordinal, sensor with a sensor element for monitoring at least one load or wear size of the technical system tems as an indicator of a maintenance-relevant state of the system, wherein the sensor is designed to provide a, preferably ordinal, state signal,
eine Betriebsumfangserfassungseinrichtung, die einen kumulierten Umfang des Betriebs des Systems als Wert eines Betriebsumfangsparameters erfasst, eine Erwartungswertlieferungseinrichtung zum Liefern einer Verschlechterungsfunktion, die den erwarteten Verschlechterungsverlauf des über die Belastungsoder Verschleißgröße ermittelbaren Zustands in Abhängigkeit von dem Betriebs- umfangsparameter darstellt, an operation amount detecting means that detects an accumulated amount of operation of the system as a value of an operation amount parameter, expectation delivery means for providing a deterioration function representing the expected deterioration characteristic of the condition detectable by the load or wear amount depending on the operation amount parameter;
eine Restlebensdauerermittlungseinrichtung, die bei Auftreten a residual life determining device, the occurrence
a) wenigstens eines vorbestimmten Verschlechterungsgrades des Zustands den erreichten aktuellen Wert des Betriebsumfangsparameters mit dem für diesen vorbestimmten Verschlechterungsgrad gemäß dem erwarteten Verschlechterungsverlauf erwarteten Wert des Betriebsumfangsparameters ver- gleicht  a) at least one predetermined degree of deterioration of the state compares the achieved actual value of the operating volume parameter with the value of the operating volume parameter expected for this predetermined degree of deterioration according to the expected deterioration curve
und/oder and or
b) wenigstens eines vorbestimmten Wertes des Betriebsumfangsparameters den dann mittels des Sensors erfassten aktuellen Verschlechterungsgrad des Zustands mit dem bei diesem Verschlechterungsgrad gemäß dem erwar- teten Verschlechterungsverlauf erwarteten Wert des Betriebsumfangsparameters vergleicht und  b) at least one predetermined value of the operating volume parameter then compares the current degree of deterioration of the condition detected by the sensor with the value of the operating volume parameter expected in this degree of deterioration in accordance with the expected deterioration profile, and
aufgrund des aktuellen Werts im Fall a) des Betriebsumfangsparameters und im Fall b) des Verschlechterungsgrades einen neukalibrierten erwarteten Verschlechterungsverlauf des Zustands über den Betriebsumfangsparameter liefert, und eine Instandhaltungsempfehlungserzeugungseinrichtung zum Erzeugen einer Instandhaltungsempfehlung für einen zukünftigen Planungszeitraum anhand des neukalibrierten erwarteten Verschlechterungsverlaufs. based on the current value in the case a) of the operating volume parameter and in case b) of the degree of deterioration provides a recalibrated expected deterioration of the state over the operating volume parameter, and a maintenance recommendation generating means for generating a maintenance recommendation for a future planning period based on the recalibrated expected deterioration course.
Gemäß eines weiteren Aspekts schafft die Erfindung ein hyperordinales Zu- Standssignal zur Überwachung des Zustands wenigstens einer Komponente eines technischen Systems zur Ermittlung einer Empfehlung, ob innerhalb eines bestimmten Planungszeitraums eine Instandhaltung angezeigt ist oder nicht. Gemäß eines weiteren Aspekts schafft die Erfindung einen hyperordinalen Zu- standssensor zur Überwachung eines Zustands wenigstens einer Komponente eines technischen Systems zur Ermittlung einer Empfehlung, ob innerhalb eines bestimmten Planungszeitraums eine Instandhaltung angezeigt ist oder nicht. According to a further aspect, the invention provides a hyperordinal status signal for monitoring the status of at least one component of a technical system for determining a recommendation as to whether maintenance is indicated within a specific planning period or not. According to a further aspect, the invention provides a hyperordinal condition sensor for monitoring a status of at least one component of a technical system for determining a recommendation as to whether maintenance is indicated within a certain planning period or not.
Gemäß eines weiteren Aspekts schafft die Erfindung ein Verfahren zur Entscheidung, ob eine Instandhaltung eines technischen System durchgeführt soll, mit den Schritten: In another aspect, the invention provides a method for deciding whether to maintain a technical system, comprising the steps of:
a) Überwachen des Systems mit einem Sensorelement und Liefern eines Zu- standssignals und den bei Erfassung des Zustandssignals vorliegenden aktuellen Wert eines den Umfang des Betriebs des Systems angebenden Be- triebsumfangsparameters, a) monitoring the system with a sensor element and supplying a status signal and the present value of a current operation parameter indicating the extent of operation of the system when the status signal is detected,
b) Ermitteln eines erwarteten Verschlechterungsverlaufs für den Zustand, der eine erwartete Verschlechterung des Zustands über den Betriebsumfangspa- rameter darstellt, aus Erfahrungs- und/oder Simulationswerten für das System, b) determining an expected degradation history for the condition representing an expected degradation of the condition over the operating environment parameter from experience and / or simulation values for the system,
c) Ermitteln einer Restlebensdauererwartungsverteilung aus dem mittels des Sensorelements gelieferten Zustandssignal und der erwarteten Verschlechterungsfunktion, c) determining a residual life expectancy distribution from the state signal supplied by the sensor element and the expected degradation function,
d) Klassifizierung der Restlebensdauererwartung in eine von mehreren vorgegebenen Klassen und (d) Classification of residual life expectancy into one of several given classes and
e) Erzeugen einer Instandhaltungsempfehlung aufgrund der erhaltenen Klasse. Vorzugsweise ermöglicht die Erfindung eine Unterscheidungsunterstützung mit Daten aus nicht-perfekten hyperordinalen Sensoren. e) Generating a maintenance recommendation based on the class received. Preferably, the invention provides discrimination support with data from imperfect hyperordinal sensors.
Hyperordinale Sensoren bieten die Möglichkeit, den Zustand des Systems mit einer Unschärfe wiederzugeben. Ein Sensor ist hyperordinal, wenn er den Gesund- heitszustand des von ihm überwachten Systems klassifiziert. Beispielsweise können folgende Klassen verwendet werden: Hyperordinated sensors provide the ability to blur the state of the system. A sensor is hyperordinal when it classifies the state of health of the system it is monitoring. For example, the following classes can be used:
• Grün: nominaler Betriebszustand • Gelb: messbarer Verschleiß, aber keine Gefahr eines Systemausfalls• Green: nominal operating state • Yellow: measurable wear but no danger of system failure
• Rot: kurz bevor stehender Systemausfall • Red: shortly before system failure
• Schwarz: Systemausfall Während es perfekte Sensoren in der Realität nicht gibt, sind klassische Sensoren gegenüber den gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagenen hyperordinalen Sensoren aufwändiger gestaltet und mit entsprechend höheren Entwicklungs- und Betriebskosten verbunden. Ein hyperordinaler Sensor generiert Aussagen mit deutlich reduzierter Entropie, bleibt aber in den wesentli- chen Aussagen weitestgehend präzise.  • Black: System Failure While there are no perfect sensors in reality, classical sensors are more elaborate compared to the hyperordinal sensors proposed according to a preferred embodiment of the invention and are associated with correspondingly higher development and operating costs. A hyperordinal sensor generates statements with significantly reduced entropy, but remains largely precise in the key statements.
Gemäß eines Aspekts schafft die Erfindung eine„Entscheidungsunterstützung mit Daten aus nicht-perfekten hyperordinalen Sensoren", was ein Algorithmus ist, der es ermöglicht, zuverlässige Restlebenszeiten aus wirtschaftlichen hyperordinalen Zustandsinformationen zu ermitteln. In one aspect, the invention provides "decision support with data from imperfect hyperordinal sensors," which is an algorithm that enables reliable residual lifetimes to be determined from economic hyperordinal state information.
Ein solcher Algorithmus ermöglicht eine zuverlässige Ermittlung der Restlebenszeit auf Grundlage von sehr unscharfen Aussagen, die über den Gesundheitszustand eines Systems getroffen wurden. Such an algorithm allows a reliable determination of the remaining life based on very fuzzy statements made about the health of a system.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgende anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen: Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the accompanying drawings. Showing:
Fig. 1 eine schematische Blockdarstellung einer Instandhaltungsinformations- Vorrichtung sowie eines damit durchführbaren Verfahrens zur Entscheidungsfindung für oder gegen eine Instandhaltung eines überwachten technischen Systems; 1 shows a schematic block diagram of a maintenance information device and a method for decision-making for or against a maintenance of a monitored technical system that can be carried out therewith;
Fig. 2 einen Graph mit einem Beispiel für eine Berechnung eines Verschlech- terungsmodells (Degradationsmodell) anhand eines ersten Beispielfalls; und Fig. 3 einen Graph vergleichbar zu dem von Fig. 2 mit einem Beispiel zur Berechnung eines Verschlechterungsmodells anhand eines weiteren Beispielfalls. In der Fig. 1 ist schematisch eine Instandhaltungsinformationsvorrichtung 10 sowie ein Ablaufplan för deren Funktion in Form eines als Blockdiagramm dargestellten Algorithmus dargestellt. Die Instandhaltungsinformationsvorrichtung 10 dient dazu, eine Information zur Entscheidungsfindung zu liefern, ob ein zustandsüberwachtes technisches System 12 gewartet werden sollte oder nicht. 2 shows a graph with an example of a calculation of a degradation model (degradation model) on the basis of a first exemplary case; and Fig. 3 is a graph comparable to that of Fig. 2 with an example for calculating a deterioration model based on another example case. FIG. 1 schematically shows a maintenance information device 10 and a flow chart for its function in the form of an algorithm shown as a block diagram. The maintenance information device 10 serves to provide decision-making information as to whether a state-monitored technical system 12 should be maintained or not.
Bei dem technischen System 12 kann es sich um irgendeine Ausrüstung oder Komponente halten, die instand zu halten ist. Beispiele für solche technische Systeme finden sich in der eingangs genannten Literatur und Patentliteratur zur zu- standsbasierten Wartung. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem überwachten technischen System 12 um eine Komponente 14 oder einen Ausrüstungsteil eines Luftfahrzeuges. Beispiele für solche Komponenten sind Strukturelemente des Rumpfes oder von Flügeln oder von Leitwerken, Triebwerke oder Triebwerksteile, Klimaanlagen, Kühlsysteme, Lebenserhaltungsanlagen, Rettungsanlagen, Fahrwerke und Fahrwerksteile usw. The engineering system 12 may be any equipment or component that is to be maintained. Examples of such technical systems can be found in the literature and patent literature on status-based maintenance cited above. In a preferred embodiment, the monitored technical system 12 is a component 14 or equipment of an aircraft. Examples of such components are structural elements of the fuselage or of wings or of tail units, engines or engine parts, air conditioning systems, cooling systems, life support systems, rescue systems, landing gear and chassis parts, etc.
Die Instandhaltungsinformationsvorrichtung 10 weist einen Sensor 16, eine Be- triebsumfangserfassungseinrichtung 18, eine Erwartungswertlieferungseinrichtung 20, eine Restlebensdauerermittlungseinrichtung 22 und eine Instandhaltungsemp- fehlungserzeugungseinrichtung 24 auf. The maintenance information device 10 includes a sensor 16, an operating circumference detection device 18, an expected value delivery device 20, a remaining life determination device 22, and a maintenance response determination device 24.
Der Sensor 16 ist eine Gesundheitszustanderfassungseinrichtung 25, die einen Gesundheitszustand des technischen Systems 12 erfasst. The sensor 16 is a health condition detection means 25 which detects a health condition of the technical system 12.
Der Sensor 16 ist in dem dargestellten Beispiel dazu ausgelegt, eine Größe oder einen Betriebsparameter des technischen Systems 12 zu erfassen, der als Indikator für einen Zustand des Systems dienen kann, in dem eine Wartung oder Instandhaltung erforderlich wäre. Der Sensor 16 ist in dem dargestellten Beispiel ein nicht-perfekter Sensor, der als ordinaler Sensor eine ordinale Zustandsmessung durchführt. Die Zustände werden vorzugsweise auf einer Ordinalskala skaliert, so dass ein Verschlechterungs- grad des Zustandes ermittelt werden kann. Der Verschlechterungsgrad kann z.B. von dem Zustand„NEUWERTIG" (z.B. neuwertiger Normzustand/völlig unbelasteter, unverschlissener Zustand) bis zum Zustand„SYSTEMAUSFALL" reichen. The sensor 16 in the illustrated example is configured to detect a size or operating parameter of the technical system 12 that may serve as an indicator of a condition of the system in which maintenance or servicing would be required. The sensor 16 is a non-perfect sensor in the illustrated example, which performs ordinal state measurement as ordinal sensor. The states are preferably scaled on an ordinal scale, so that a degree of deterioration of the state can be determined. The degree of deterioration can range, for example, from the state "NEW VALUE" (eg, as new as new standard state / completely unloaded, unworn state) to the state "SYSTEM FAILURE".
Der Sensor 16 weist hierzu ein Sensorelement 26 auf, welches zum Überwachen und Erfassen wenigstens einer Belastungs- oder Verschleißgröße des technischen Systems ausgebildet ist, die ein Maß für eine Belastung oder einen Verschleiß zumindest eines Teils des Systems 12 und somit ein Indikator für einen Gesundheitszustand sein kann. Beispielsweise werden statische oder dynamische Belastungen, Dehnungen, Vibrationen, Temperaturen, Viskositäten oder sonstige Eigenschaften von Betriebsflüssigkeiten usw. gemessen. The sensor 16 has for this purpose a sensor element 26 which is designed to monitor and detect at least one load or wear size of the technical system, which is a measure of a load or wear of at least a portion of the system 12 and thus an indicator of a state of health can. For example, static or dynamic loads, strains, vibrations, temperatures, viscosities or other properties of operating fluids, etc. are measured.
Einige Beispiele für zu überwachende Belastungs- oder Verschleißgrößen finden sich in der eingangs erwähnten Literatur und Patentliteratur zur CBM. Beispiele für Sensorelemente 26, die zur Zustandsüberwachung auch in der hier beschriebe- nen Instandhaltungsinformationsvorrichtung 10 verwendbar sind, sind in den folgenden Dokumente beschrieben und gezeigt, deren Inhalt hiermit durch Bezugnahme inkorporiert wird: WO2009/062635A1 , WO2009/087164A1 , Some examples of load or wear parameters to be monitored can be found in the literature and patent literature on CBM mentioned in the introduction. Examples of sensor elements 26 that can also be used for condition monitoring in the maintenance information device 10 described here are described and shown in the following documents, the contents of which are hereby incorporated by reference: WO2009 / 062635A1, WO2009 / 087164A1,
WO2009/071602A2, DE10004384C2, DE10053309A1 , DE10153151A1 , WO2009 / 071602A2, DE10004384C2, DE10053309A1, DE10153151A1,
DE10236051 A1 , DE102006060138A1 , DE102008017175A1 , sowie die nicht vor- veröffentlichte DE102010032093.5-22. Es wird für weitere Einzelheiten zum Aufbau möglicher Sensorelemente 26 ausdrücklich auf die genannten Druckschriften verwiesen. DE10236051 A1, DE102006060138A1, DE102008017175A1, as well as the unpublished DE102010032093.5-22. It is expressly made to the cited references for more details on the structure of possible sensor elements 26.
Die Betriebsumfangserfassungseinrichtung 18 erfasst den kumulierten Umfang des Betriebs des überwachten technischen Systems 12 und liefert das Maß als Wert eines Betriebsumfangsparameters. In den meisten Fällen wird einfach die Betriebszeit des überwachten Systems 12 als Betriebsumfangsparameter erfasst. Im Falle von Fahrzeugen oder dergleichen könnte als Betriebsparameter auch die insgesamt mit dem Fahrzeug oder einer dessen Komponenten (z.B. Motor) zurück gelegte Strecke angegeben werden, da die zurückgelegte Strecke bei solchen Fahrzeugen einen größeren Einfluss auf Verschleiß und Belastung haben kann als die eigentlichen Betriebszeit. Bei technischen Systemen, wo eine Verschlechterung unabhängig vom eigentlichen Betrieb, z.B. aufgrund von Materialermüdungen aufgrund von Alterungserscheinungen oder durch Umwelteinflüsse wie Wind, Wetter, Meerwasser auftreten könnte, könnte auch einfach die Zeit kumuliert gemessen werden, oder eben die Zeit, die die zu überwachende Komponente Umwelt- einflüssen ausgesetzt ist. All dies sind Beispiele für mögliche Betriebsumfangspa- rameter; und es ist je nach Einsatzfall eine passende Betriebsparametererfas- sungseinrichtung 18 vorgesehen, wie z.B. eine Uhr oder sonstige Zeitmessungseinrichtung zur Messung von Betriebsdauer oder zur Messung von sonstigen für den Gesundheitszustand relevanten Zeitdauern, oder ein Streckenzähler wie z.B. ein Kilometerzähler usw. The operation amount detection means 18 detects the accumulated amount of operation of the monitored technical system 12 and supplies the measurement as a value of an operation amount parameter. In most cases, the operating time of the monitored system 12 is simply detected as the operating parameter. In the case of vehicles or the like could be given as an operating parameter and the total with the vehicle or one of its components (eg motor) covered route, since the distance covered in such vehicles can have a greater impact on wear and load than the actual operating time. In technical systems where deterioration could occur independently of actual operation, eg due to material fatigue due to aging phenomena or environmental influences such as wind, weather, seawater, the cumulative time could be measured, or just the time that the component to be monitored could be measured Exposed to environmental influences. All of these are examples of possible operating parameters; and, depending on the application, a suitable operating parameter detection device 18 is provided, such as a clock or other time measuring device for measuring operating time or for measuring other time durations relevant to the state of health, or a distance counter such as an odometer, etc.
Im Folgenden wird die Instandhaltungsinformationsvorrichtung 10 der einfacheren Darstellung wegen am Beispiel, dass für den Betriebsumfangsparameter die Betriebszeit des überwachten technischen Systems 12 erfasst wird, erläutert. Hereinafter, for ease of illustration, the maintenance information device 10 will be explained using the example that the operation time of the monitored technical system 12 is detected for the operation amount parameter.
Die Betriebsumfangserfassungseinrichtung 18 ist in dem dargestellten Beispiel einfach ein Teil des Sensors 16. Der Sensor 16 weist in diesem Beispiel zusätzlich zu dem Sensorelement 26 zum Erfassen der Belastungs- oder Betriebsgröße auch noch die Betriebsumfangserfassungseinrichtung 18 zum Erfassen des kum- Herten Werts des Betriebsumfangsparameters, nämlich hier die akkumulierte Betriebszeit, auf. In the example shown, the operating circumference detection device 18 is simply a part of the sensor 16. In this example, in addition to the sensor element 26 for detecting the load or operating variable, the sensor 16 also has the operating circumference detection device 18 for detecting the cumulative value of the operating circumference parameter, viz here the accumulated operating time, up.
Aufgrund der Erfassung der wenigstens einen Belastungs- oder Verschleißgröße und des zum Zeitpunkt der Erfassung vorliegenden Werts des Betriebsumfangs- parameters bildet der Sensor 16 ein ordinales Zustandssignal 27, das im folgenden anhand der Fig. 2 und 3 näher erläutert wird. Wie in den Fig. 2 und 3 anhand von beispielhaften Kurven S für das ordinale Zu- standssignal 27 dargestellt, liefert der Sensor 16 in dem hier dargestellten Beispiel als ordinales Zustandssignal S einen aufgrund des erfassten Wertes der Be- lastungs- oder Verschleißgröße ermittelten Verschlechterungsgrad j in Abhängig- keit von dem Betriebsumfangsparamater - hier die Betriebszeit s-hrs in Betriebsstunden. Es reicht bei der hier beschriebenen Vorgehensweise aus, dass der von dem Sensor 16 erfasste tatsächliche Verschlechterungsgrad j lediglich relativ oder ordinal angegeben wird. Z.B. ist der Verschlechterungsgrad in den Graphen der Fig. 2 und 3 normiert dargestellt, wobei 100 als 100%ige Verschlechterung den Systemausfall und 0 als 0% Verschlechterung den neuwertigen Zustand kennzeichnet. Due to the detection of the at least one load or wear quantity and the value of the operating circumference parameter present at the time of detection, the sensor 16 forms an ordinal status signal 27, which will be explained in more detail below with reference to FIGS. 2 and 3. As illustrated in FIGS. 2 and 3 with reference to exemplary curves S for the ordinal state signal 27, in the example shown here, the sensor 16 supplies, as an ordinal state signal S, a degree of deterioration j determined on the basis of the detected value of the amount of load or wear depending on the operating scope parameter - here the operating time s-hrs in operating hours. It suffices in the procedure described here for the actual degree of degradation j detected by the sensor 16 to be stated only relative or ordinal. For example, the degree of degradation is normalized in the graphs of FIGS. 2 and 3, where 100 as 100% degradation indicates the system failure and 0 as 0% degradation indicates the mint condition.
Gemäß Fig. 1 , auf die nun wieder Bezug genommen wird, weist die Erwartungs- wertlieferungseinrichtung 20 eine Systemdatenbank 28 auf, die aufgrund von Er- fahrungen mit älteren Systemen, die mit dem technischen System 12 vergleichbar sind, und/oder aufgrund von Simulationsdaten akkumulierte Degradationspfade enthalten. Insbesondere enthält die Datenbank Erfahrungs- und/oder Simulationswerte, die erwartete Zustände pro Wert des Betriebsumfangsparameters enthalten. Z.B. enthält die Systemdatenbank Erwartungswerte für Zu- stand/Betriebsstunden oder Zustand/Betriebszyklen. Als konkretes Beispiel sind z.B. erwartete Funktionswerte für den Belastungs- oder Verschleißparameter in Abhängigkeit von dem Betriebsumfangsparameter angegeben. Weiter erhält die Systemdatenbank 28 neuere Werte durch Erhalt des Zustandssignals 27 aus dem Sensor 16, die zur späteren Ermittlung von Erwartungswerten zusätzlich herange- zogen werden können. Referring again to FIG. 1, the expected value delivery facility 20 includes a system database 28 that accumulates based on experience with legacy systems that are comparable to the technical system 12 and / or on the basis of simulation data Degradation paths included. In particular, the database includes experience and / or simulation values that include expected states per value of the operating scope parameter. For example, the system database contains expected values for state / operating hours or state / operating cycles. As a concrete example, e.g. expected function values for the load or wear parameter as a function of the operating parameter specified. Furthermore, the system database 28 receives newer values by receiving the status signal 27 from the sensor 16, which can additionally be used for the later determination of expected values.
Die Erwartungswertlieferungseinrichtung 20 ist dazu ausgebildet, aus den Daten der Systemdatenbank 28 ein akkumuliertes Degradationsmodel 30 des technischen Systems 2 zu berechnen. Ein solches akkumuliertes Degradationsmodel 30 lässt sich als erwarteter Verschlechterungsverlauf des durch den Sensor 16 überwachten Zustands darstellen. Beispiele für solche akkumulierten Degradationsmodelle finden sich in der jeweiligen Kurve M in den Graphen der Fig. 2 und 3 für zwei konkrete Beispielfälle (Fall A in Fig. 2 und Fall B für Fig. 3) einer Systemüberwachung. The expected value delivery device 20 is designed to calculate from the data of the system database 28 an accumulated degradation model 30 of the technical system 2. Such an accumulated degradation model 30 may be represented as an expected degradation history of the condition monitored by the sensor 16. Examples of such accumulated degradation models can be found in the respective curve M in the graphs of FIGS. 2 and 3 for two concrete example cases (Case A in Fig. 2 and Case B for Fig. 3) of a system monitoring.
Wie sich aus Fig. 1 , auf die nun erneut Bezug genommen wird, ergibt, ist die Rest- lebensdauerermittlungseinrichtung 22 mit dem ordinalen Sensor 16 zum Erhalt des ordinalen Zustandssignals 27 verbunden und ist mit der Erwartungswertliefe- rungseinrichtung 20 zum Erhalt akkumulierter Degradationsmodelle 30 verbunden. Die Restlebensdauerermittlungseinrichtung 22 errechnet aus akkumulierten Degradationsmodellen 30 der Systemdatenbank 28 und dem gemessenen ordinalen Zustandssignal 27 des technischen Systems 12 eine Restlebensdauerverteilung. Aus der berechneten Restlebensdauerverteilung wird dann ein hyper-ordinales Zustandssignal 32 erzeugt, das einen hyper-ordinalen Systemzustand angibt. Referring again to FIG. 1, the remainder of the life determining means 22 is connected to the ordinal sensor 16 for receiving the ordinal state signal 27 and is connected to the expected value delivery means 20 for obtaining accumulated degradation models 30. The remaining life determination device 22 calculates a residual life distribution from accumulated degradation models 30 of the system database 28 and the measured ordinal state signal 27 of the technical system 12. From the calculated residual life distribution, a hyper-ordinal state signal 32 is then generated which indicates a hyper-ordinal system state.
Damit ist ein hyper-ordinaler Zustandssensor 34 gebildet. Dieser weist in dem hier dargestellten Beispiel den ordinalen Sensor 16, die Erwartungswertlieferungsein- richtung 20 und die Restlebensdauerermittlungseinrichtung 22 auf. Als hyperordinal werden hier Sensoren benannt, die Gesundheitszustände der von ihnen überwachten Systeme klassifizieren. Beispielsweise werden folgende Klassen verwendet: Thus, a hyper-ordinal state sensor 34 is formed. In the example shown here, the latter has the ordinal sensor 16, the expected value delivery device 20 and the remaining life determination device 22. Here, sensors are named as hyperordinal, which classify health statuses of the systems they monitor. For example, the following classes are used:
» GRÜN: nominaler Betriebszustand  »GREEN: nominal operating condition
» GELB: messbarer Verschleiß, aber keine Gefahr eines Systemausfalls »YELLOW: measurable wear but no danger of system failure
• ROT: kurz bevorstehender Systemausfall • RED: imminent system failure
• SCHWARZ: Systemausfall Beispiele für die Klassifizierung, die Berechnung der Restlebensdauerverteilung und einer Vorhersage der Restlebensdauer daraus werden weiter unten noch genauer anhand der in den Fig. 2 und 3 wiedergegebenen Beispiel-Fällen A und B erläutert werden, so dass die Natur des hyper-ordinalen Zustandssensors 34 verständlicher wird.  • BLACK: System Failure Examples of classification, calculation of residual life distribution, and a prediction of the remaining lifetime thereof will be explained in more detail below with reference to Example Cases A and B shown in Figs. 2 and 3, so that the nature of hyperbaric ordinal condition sensor 34 becomes more understandable.
Wie in Fig. 1 dargestellt ermittelt die Instandhaltungsempfehlungserzeugungsein- richtung 24 aus dem hyper-ordinalen Zustandssignal 32 eine Instandhaltungsemp- fehlung 36 gemäß einer der voranstehenden Klassifizierungen. Dadurch wird eine Entscheidungsunterstützungfunktion für Instandhaltungsmaßnahmen am System 12 erhalten. Insbesondere ist hier interessant, ob eine Instandhaltung im Planungsmaßstab erforderlich ist. As shown in FIG. 1, the maintenance recommendation generating device 24 determines from the hyper-ordinal status signal 32 a maintenance response. Recommendation 36 according to one of the preceding classifications. Thereby, a decision support function for maintenance actions on the system 12 is obtained. In particular, it is interesting here whether maintenance on a planning scale is required.
Luftfahrzeuge werden beispielsweise im Kurzstreckenbetrieb, Mittelstreckenbetrieb oder Langstreckenbetrieb eingesetzt. Beispielsweise ist es interessant zu wissen, ob innerhalb einer geplanten Kurzstrecke, Mittelstrecke oder Langstrecke eine Wartung erforderlich wäre, die demnach vorher durchzuführen wäre. Es kann sein, dass eine Wartung für eine Kurzstrecke noch nicht erforderlich ist, dass aber ein Auftreten einer Notwendigkeit einer Wartung im Zeitraum einer Langstrecke zu erwarten wäre. Vor der Langstrecke würde man die Wartung somit durchführen, vor der Kurzstrecke noch nicht. Es kann auch sein, dass man eine Wartung am Zielort entfernt des Heimatflughafens einplanen sollte und entsprechendes Materi- al mitführen sollte. Aircraft are used, for example, in short-distance, medium-haul or long-haul operation. For example, it is interesting to know whether a maintenance would be required within a planned short-haul, middle-distance or long-haul, which would therefore be carried out beforehand. It may be that maintenance for a short-haul route is not yet required, but a need for long-haul maintenance is expected. Before the long haul would you perform the maintenance thus, before the short haul not yet. It may also be that you should schedule a maintenance at the destination of the home airport and should carry appropriate material.
Die Instandhaltungsempfehlungen 36 könnten somit abhängig von dem betrachteten Planungshorizont eine der folgenden sein: The maintenance recommendations 36 could therefore be one of the following, depending on the planning horizon considered:
• Sofortige Reparatur  • Immediate repair
· NO-GO  NO-GO
» Ersatz im Planungszeitraum einplanen (z.B. Austauschteil mitnehmen, damit es am Zielort vor einem Rückflug eventuell ausgetauscht wird);  »Schedule replacement during the planning period (for example, take a replacement part so that it may be exchanged at the destination before a return flight);
• keine Aktion (alles im GRÜNEN Bereich). Mehr als die Ausgabe solcher klassifizierter Instandhaltungsempfehlungen ist bei der hier vorgestellten Ausführungsform der Vorrichtung 10 und des damit durchführbaren Verfahrens nicht vorgesehen.  • no action (everything in the GREEN area). More than the output of such classified maintenance recommendations is not provided in the embodiment of the device 10 and the method that can be carried out here.
Das Wartungspersonal wird dann der Instandsetzungsempfehlung folgen und die Instandhaltungsdurchführung 40 einplanen und erledigen. Im Folgenden wird die Klassifizierung und Abschätzung der Restlebensdauer anhand zweier Beispielfälle A und B, die in den Fig. 2 und 3 wiedergegeben sind, näher erläutert. Diese Figuren stellen Graphen dar, in denen der Verschlechterungsgrad j des überwachten Zustands über dem Betriebsumfangsparameter, in unserem Beispiel die Betriebstunden (service hours [s-hrs]) dargestellt sind. The maintenance personnel will then follow the repair recommendation and plan and complete the maintenance execution 40. In the following, the classification and estimation of the residual service life will be explained in more detail with reference to two exemplary cases A and B, which are reproduced in FIGS. 2 and 3. These figures represent graphs depicting the degree of deterioration j of the monitored condition over the operating range parameter, in our example the service hours [s-hrs].
Wie oben bereits erwähnt, stellen die Kurven S die gemessenen ordinalen Zu- standssignale in Form einer Funktion des Verschlechterungsgrades abhängig von dem Wert des Betriebsumfangsparameters, bei dem dieser Verschlechtern ngs- grad gemessen worden ist, dar. Die Kurven M1 und M2 stellen bei beiden Fällen die durch die Erwartungswertlieferungseinrichtung 20 gelieferten akkumulierten Degradationsmodelle 30 als Funktionen der erwarteten Verschlechterungswerte j in Abhängigkeit von den Werten des Betriebsumfangsparameters dar, wo diese Verschlechterungswerte j erwartet werden. As already mentioned above, the curves S represent the measured ordinal status signals in the form of a function of the degree of deterioration depending on the value of the operating volume parameter at which such deterioration has been measured ngs-grad. The curves M1 and M2 represent both cases the accumulated degradation models 30 provided by the expected value delivery means 20 as functions of the expected deterioration values j as a function of the values of the operating volume parameter where these deterioration values j are expected.
Anhand der Verschlechterungswerte j ist eine Klassifizierung vorgesehen. Bei den dargestellten Beispielen ist definiert, dass Sensorsignale, die auf Verschlechterungswerte j zwischen 0 und 30 hinweisen, in eine Klasse A eingereiht werden. Liegen Sensorsignale innerhalb dieser Klasse A, ist der Gesundheitszustand im grünen Bereich, es ist keine Aktion oder Instandhaltung erforderlich. Based on the deterioration values j, a classification is provided. In the illustrated examples, it is defined that sensor signals indicative of deterioration values j between 0 and 30 are classified into a class A. If sensor signals are within this class A, the health status is in the green range, no action or maintenance is required.
Sensorsignale, die einen messbaren Verschleiß anzeigen, wo aber noch keine Gefahr eines Systemausfalls vorliegt, werden in Klasse B eingereiht. Diese reicht bei dem in den Fig. 2 und 3 angegebenen Beispielfällen von dem Verschlechte- rungsgrad j=30 bis zum Verschlechterungsgrad j=60. Sensor signals indicating measurable wear but where there is still no risk of system failure are classified in Class B. In the case of example given in FIGS. 2 and 3, this ranges from the degree of deterioration j = 30 to the degree of deterioration j = 60.
Eine weitere Klasse C, die angibt, dass ein Systemausfall kurz bevor steht, reicht bei den angegeben Beispielen von dem Verschlechterungsgrad j=60 bis zum Verschlechterungsgrad j=90. Sensorsignale, die einen Verschlechterungsgrad von j>90 anzeigen, werden bei dem Beispiel in die Klasse N für NO-GO eingereiht. Ein Weiterbetrieb ohne vorherige Instandhaltung ist bei Auftreten dieser Klasse zu verbieten. Insbesondere ist hier interessant, die Anzahl der Betriebsstunden s-hrs bis zum Erreichen der NO-GO-Klasse N abzuschätzen. Beim Luftfahrzeug wäre es z.B. wichtig zu wissen: kann ich noch gefahrlos eine Kurzstrecke, Mittelstrecke oder Langstrecke fliegen? Schauen wir uns nun das Beispiel in Fall A an, der in Fig. 2 wiedergegeben ist. Das akkumulierte Degradationsmodell 30 gibt anfangs gemäß der Kurve M einen Wert von etwa 1900 s-hrs Betriebsstunden bis zum Erreichen der NO-GO-Klasse an. Ein Sensorsignalübergang von Klasse A zu Klasse B ist beim oder ungefähr um den Verschlechterungsgrad j=30 anzunehmen. Die Anzahl der Betriebsstunden s- hrs, die bis zum Erreichen dieser zweiten Klasse B aufgelaufen sind, betragen allerdings nur ca. 1300 s-hrs, während nach dem Degradationsmodell 30 ca. 1600 s-hrs bis zum Erreichen der Klasse B abgeschätzt worden sind. Dies gibt Anlass zu einer drastischen Revision 1 des anfänglich abgeschätzten Degradationsmodells 30. Die Revision 1 ist als eine Linksverschiebung P1 des verbleibenden Degradationspfads des Degradationsmodells 30 angezeigt. Es ergibt sich ein erstmals revidiertes Degradationsmodell gemäß Revision 1 wie durch die Kurve R1 angezeigt. Another class C, indicating that a system failure is imminent, ranges from the degree of degradation j = 60 to the degree of degradation j = 90 in the examples given. Sensor signals indicating a degree of degradation of j> 90 are ranked N-NO in the example. Continued operation without prior maintenance is prohibited when this class occurs. In particular, it is interesting to estimate the number of operating hours s-hrs to reach NO-GO class N. For example, with the aircraft it would be important to know: can I safely fly a short, medium or long haul? Let us now look at the example in case A reproduced in FIG. The accumulated degradation model 30 initially indicates, according to the curve M, a value of about 1900 s-hrs operating hours until the NO-GO class is reached. A sensor signal transition from class A to class B is assumed to be at or about the degree of degradation j = 30. However, the number of hours of operation that accumulated until reaching this second class B is only about 1300 s-hrs, while according to the degradation model 30 about 1600 s-hrs have been estimated until reaching class B. This gives rise to a drastic revision 1 of the initially estimated degradation model 30. Revision 1 is indicated as a left shift P1 of the remaining degradation path of the degradation model 30. The result is a first-time revised degradation model according to revision 1 as indicated by the curve R1.
Eine zweite Revision 2 findet bei dem Verschlechterungsgrad j=60 statt, wenn die Bedingung für Klasse C erfüllt ist. Hier ist die für j=60 durch das gemessenen Zu- standssignal 27 erreichte Anzahl von Betriebsstunden etwas größer als die durch die revidierte erwartete Verschlechterungsfunktion - Kurve R1 - abgeschätzte Betriebsstundenzahl. Eine (leichte) Rechtsverschiebung P2 des verbleibenden Degradationsmodelpfades zeigt eine (moderate) Verlängerung der nutzbaren Restlebensdauer des überwachten Elements an. Der entsprechend erneut revi- dierte verbleibende Degradationsmodelpfad ist als Revision 2 durch die Kurve R2 wiedergegeben. A second revision 2 takes place at the degree of deterioration j = 60 if the condition for class C is fulfilled. Here, the number of operating hours attained for j = 60 by the measured state signal 27 is slightly larger than the number of operating hours estimated by the revised expected deterioration function - curve R1. A (slight) right shift P2 of the remaining degradation model path indicates a (moderate) increase in the useful life of the monitored element. The correspondingly revised The remaining degradation degradation path is represented as Revision 2 by the curve R2.
Betrachten wir nun den Fall B, wie er in Fig. 3 wiedergegeben ist. Hier ist ange- nommen, dass ein Übergang von Klasse A nach Klasse B bei dem Verschlechterungsgrad j =30 bei dem gemessenen Zustandssignal 27 wie durch Kurve S angezeigt erst nach ca. 2400 s-hrs Betriebsstunden erreicht wird. Nach dem Degradationspfad M gemäß dem anfänglichen akkumulierten Degradationsmodell 30 wäre ein solcher Übergang bereits bei ca. 1600 Betriebsstunden zu erwarten gewesen. Dies gibt Anlass für eine drastische Revision 1 des anfänglich geschätzten Degradationsmodells 30 zum Abschätzen der bis zum Erreichen der NO-GO-Klasse N verbleibenden Betriebsstunden. Diese ist durch eine Rechtsverschiebung P1 angezeigt, was zu dem verbleibenden revidierten Degradationsmodelpfad gemäß Revision 1 , angezeigt als Kurve R1 , führt. Eine weitere Revision 2 tritt auf, wenn die Bedingung der Klasse C erreicht worden ist. Auch hier werden wieder gemessenes Zustandssignal und Degradationsmodell bezüglich der akkumulierten Betriebsstundenzahl in Einklang gebracht. Eine leichte Rechtsverschiebung P2 des verbleibenden Degradationsmodelpfads zeigt eine weitere (moderate) Verlängerung der nutzbaren Lebensdauer der überwachten Einheit an. Dies ist in dem Graph von Fig. 3 durch die verbleibende Kurve R2 für die Revision 2 dargestellt. Let us now consider case B, as shown in FIG. Here it is assumed that a transition from class A to class B at the degree of deterioration j = 30 in the case of the measured status signal 27 as indicated by curve S is reached only after about 2400 s-hrs of operating hours. After the degradation path M according to the initial accumulated degradation model 30, such a transition would have already been expected at approximately 1600 operating hours. This gives rise to a drastic revision 1 of the initially estimated degradation model 30 for estimating the operating hours remaining until the NO-GO class N is reached. This is indicated by a right shift P1, resulting in the remaining revised degradation model path according to revision 1, indicated as curve R1. Another revision 2 occurs when the condition of class C has been reached. Again, measured state signal and degradation model are reconciled with respect to the accumulated number of operating hours. A slight right shift P2 of the remaining degradation model path indicates a further (moderate) extension of the useful life of the monitored unit. This is illustrated in the graph of FIG. 3 by the remaining curve R2 for revision 2.
Die Beispiele verdeutlichen, dass es ausreicht, wenn lediglich bei einigen bestimmten Werten des Zustandssignals eine Neukalibrierung des erwarteten Verschlechterungsverlaufs des Zustande erfolgt. The examples illustrate that it suffices only to recalibrate the expected degradation history of the state at some particular values of the state signal.
Es reicht auch aus, wenn das Zustandssignal in Klassen eingereiht wird und die Klasse angegeben wird. Solange die Klasse A vorliegt, kann der hyper-ordinale Zustandssensor 34 als hyper-ordinales Zustandssignal für die verbleibende Restlaufzeit das Signal GRÜN angeben. It is also sufficient if the status signal is placed in classes and the class is specified. As long as the class A is present, the hyper-ordinal state sensor 34 can indicate the signal GREEN as the hyper-ordinal status signal for the remaining time remaining.
Zum Beispiel wird erst bei Erreichen einer bestimmten Schwelle für den Gesundheitszustand, beispielsweise dann, wenn eine durch das Sensorelement 26 über- wachte Belastungs- oder Verschleißgröße einen bestimmten Schwellwert erreicht, von einer Klasse A in eine Klasse B gewechselt. Der dann erreichte Wert des Be- triebsumfangsparameters wird zu einer Neukalibrierung des erwarteten Verschlechterungsverlaufs herangezogen. Damit lässt sich die Verteilung der verblei- benden Restlebensdauer erneut abschätzen und somit eine entsprechende In- standshaltungsempfehlungs-Klasse (z.B. immer noch GRÜN oder schon GELB), abhängig von dem interessierenden Planungszeitraum, erzeugen. For example, it is not until a certain threshold for the state of health has been reached, for example, when a sensor element 26 has exceeded it. woke load or wear size reaches a certain threshold, changed from a class A to a class B. The then achieved value of the operating volume parameter is used to recalibrate the expected deterioration process. With this, the distribution of the remaining remaining service life can be re-estimated and thus a corresponding service recommendation class (eg still GREEN or already YELLOW), depending on the planning period of interest, can be generated.
Es reicht somit aus, nicht-perfekte, ordinale Sensoren zur Zustandsüberwachung heranzuziehen und mit einer einfachen Auswertelogik auszustatten, die für die Zustände und die Empfehlungen einfache klassifizierte Signale (lediglich A, B, C oder N bzw. GRÜN, GELB, ROT oder SCHWARZ) ausgeben. It is therefore sufficient to use non-perfect, ordinal sensors for condition monitoring and to equip them with a simple evaluation logic that provides simple classified signals for the states and the recommendations (only A, B, C or N or GREEN, YELLOW, RED or BLACK) output.
Besonders interessant ist, dass aufgrund von einfachen klassifizierten Zustands- Signalen, die lediglich ordinal angeordnet sind, aufgrund der Information, bei welchem Betriebsumfang ein Klassenübergang erfolgt, eine einfache Neukalibrierung der Abschätzung der Restlebensdauer erfolgen kann. It is particularly interesting that due to the simple classification of state signals which are only ordinally arranged, it is possible to easily recalibrate the estimation of the remaining service life based on the information about the scope of operation of a class transition.
Abweichungen von dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind selbstverständlich. Zum Beispiel wäre es denkbar, anstelle einer Neukalibrierung des Modells zur Abschätzung der Restlebensdauer nicht bei Erreichen eines bestimmten Übergangs für die Belastungs- oder Verschleißgröße, sondern das Erreichen eines bestimmten Werts des Betriebsparameters heranzuziehen. Das Modell 30 von Fig. 2 oder 3 wird bei einer abweichenden, nicht näher dargestellten Ausführungsform nicht bei einem bestimmten Verschlechterungsgrad j, sondern bei Erreichen einer bestimmten Betriebsstundenzahl, z.B. alle 500 Betriebsstunden, anhand des dann vorliegenden Zustandssignals neu revidiert. Da aber das Zustandssignal eine bessere Grundlage für eine zuverlässige Information über eine bevorstehende Warnung liefert, ist die in Fig. 2 und 3 dargestellte Variante bevorzugt. Bezugszeichenliste: Deviations from the illustrated embodiment are obvious. For example, instead of recalibrating the residual life estimation model, it would be conceivable not to reach a certain transition for the load or wear quantity but to achieve a certain value of the operating parameter. The model 30 of FIG. 2 or 3 is in a different, not shown embodiment, not revised at a certain degree of deterioration j, but on reaching a certain number of operating hours, for example, every 500 hours of operation, based on the then present state signal. However, since the status signal provides a better basis for reliable information about an imminent warning, the variant illustrated in FIGS. 2 and 3 is preferred. LIST OF REFERENCE NUMBERS
10 Instandhaltungsinformationsvorrichtung  10 Maintenance information device
12 technisches System  12 technical system
14 Komponente eines Luftfahrzeugs  14 component of an aircraft
16 Sensor 16 sensor
18 Betriebsumfangserfassungseinrichtung  18 operation scope detection device
20 Erwartungswertlieferungseinrichtung  20 expected value delivery device
22 Restlebensdauerermittlungseinrichtung  22 remaining life determination device
24 Instandhaltungsempfehlungserzeugungseinrichtung  24 maintenance recommendation generating device
25 Gesundheitszustandserfassungseinrichtung 25 health condition detection device
26 Sensorelement  26 sensor element
27 ordinales Zustandssignal  27 ordinal state signal
28 Systemdatenbank  28 system database
30 akkumuliertes Degradationsmodel  30 accumulated degradation model
32 hyper-ordinales Zustandssignal 32 hyper-ordinal state signal
34 hyper-ordinaler Zustandssensor  34 hyper-ordinal state sensor
36 Instandhaltungsempfehlung  36 Maintenance recommendation
40 Instandhaltungsdurchführung  40 maintenance execution
S Kurve für gemessenes Zustandssignal  S Curve for measured condition signal
M Kurve für anfängliches akkumuliertes Degradationsmodell M curve for initial accumulated degradation model
P1 erste Revision 1  P1 first revision 1
P2 zweite Revision 2  P2 second revision 2
R1 Kurve für durch Revision 1 revidierten verbleibender Verlauf des akkumulierten Degradationsmodells  R1 curve for remaining course of the accumulated degradation model revised by revision 1
R2 Kurve für durch Revision 2 revidierten verbleibender Verlauf des akkumulierten Degradationsmodells R2 Curve for remaining course of the accumulated degradation model revised by Revision 2

Claims

Patentansprüche 1. Instandhaltungsinformationsvorrichtung (10) zum Liefern einer Information für eine zustandsbasierte Instandhaltung eines technischen Systems (12), umfassend:  Claims 1. A maintenance information device (10) for providing condition-based maintenance information of a technical system (12), comprising:
einen, vorzugsweise ordinalen, Sensor (16) mit einem Sensorelement (26) zum Überwachen wenigstens einer Belastungs- oder Verschleißgröße des technischen Systems (12) als Indikator für einen wartungsrelevanten Zustand des Systems (12), wobei der Sensor (16) zum Liefern eines, vorzugsweise ordinalen, Zustands- signals (27) ausgebildet ist, a, preferably ordinal, sensor (16) with a sensor element (26) for monitoring at least one load or wear size of the technical system (12) as an indicator of a maintenance-relevant state of the system (12), wherein the sensor (16) for delivering a , preferably ordinal, state signals (27) is formed,
eine Betriebsumfangserfassungseinrichtung (18), die einen kumulierten Umfang des Betriebs des Systems (18) als Wert eines Betriebsumfangsparameters er- fasst, an operation amount detecting means (18) for detecting an accumulated amount of operation of the system (18) as a value of an operation amount parameter;
eine Erwartungswertlieferungseinrichtung (20) zum Liefern einer Verschlechterungsfunktion, die den erwarteten Verschlechterungsverlauf des über die Belastungs- oder Verschleißgröße ermittelbaren Zustands in Abhängigkeit von dem Betriebsumfangsparameter darstellt, expected value delivery means (20) for providing a deterioration function representing the expected deterioration history of the condition detectable by the load or wear amount depending on the operation amount parameter,
eine Restlebensdauerermittlungseinrichtung (22), die bei Auftreten a remaining life determination device (22) which, when it occurs
a) wenigstens eines vorbestimmten Verschlechterungsgrades des Zustands den erreichten aktuellen Wert des Betriebsumfangsparameters mit dem für diesen vorbestimmten Verschlechterungsgrad gemäß dem erwarteten Verschlechterungsverlauf erwarteten Wert des Betriebsumfangsparameters ver- gleicht  a) at least one predetermined degree of deterioration of the state compares the achieved actual value of the operating volume parameter with the value of the operating volume parameter expected for this predetermined degree of deterioration according to the expected deterioration curve
und/oder and or
b) wenigstens eines vorbestimmten Wertes des Betriebsumfangsparameters den dann mittels des Sensors (16) erfassten aktuellen Verschlechterungsgrad des Zustands mit dem bei diesem Verschlechterungsgrad gemäß dem erwarteten Verschlechterungsverlauf erwarteten Wert des Betriebsumfangsparameters vergleicht und aufgrund des aktuellen Werts im Fall a) des Betriebsumfangsparameters und im Fall b) des Verschlechterungsgrades einen neukalibrierten erwarteten Verschlechterungsverlauf des Zustands über den Betriebsumfangsparameter liefert, und eine Instandhaltungsempfehlungserzeugungseinrichtung (24) zum Erzeugen einer Instandhaltungsempfehlung (36) für einen zukünftigen Planungszeitraum anhand des neukalibrierten erwarteten Verschlechterungsverlaufs. b) at least one predetermined value of the operating volume parameter then compares the current degree of deterioration of the condition detected by the sensor (16) with the value of the operating volume parameter expected in this degree of deterioration according to the expected deterioration characteristic and based on the current value in case a) of the operating volume parameter and in case b) of the degree of degradation provides a recalibrated expected deterioration of the condition over the operating range parameter, and a maintenance recommendation generating means (24) for generating a maintenance recommendation (36) for a future planning period from the recalibrated expected deterioration history ,
2. Instandhaltungsinformationsvorrichtung (10) nach Anspruch 1 , 2. Maintenance information device (10) according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass sie den aktuellen Gesundheitszustand des zu überwachenden Systems (12) in mehrere Klassen klassifiziert. that it classifies the current state of health of the system (12) to be monitored into several classes.
3. Instandhaltungsinformationsvorrichtung (10) nach Anspruch 2, 3. maintenance information device (10) according to claim 2,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass sie den Gesundheitszustand in wenigstens zwei Klassen klassifiziert, die ausgewählt sind aus einer Gruppe von Klassen, die that it classifies the state of health into at least two classes selected from a group of classes which
• einen nominalen Betriebszustand,  A nominal operating state,
« messbarer Verschleiß, aber keine Gefahr eines Ausfalls des überwachten Systems (12),  «Measurable wear but no risk of failure of the monitored system (12),
· kurz bevorstehender Systemausfall und/oder  · Imminent system failure and / or
β Systemausfall  β system failure
enthält. contains.
4. Instandhaltungsinformationsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, 4. Maintenance information device (10) according to one of claims 2 or 3,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Restlebensdauerermittlungseinrichtung (22) derart ausgebildet ist, dass sie eine Neukalibrierung des erwarteten Verschlechterungsverlaufs bei einem Ü- bergang zwischen zwei Klassen durchführt. in that the remaining life determination device (22) is designed such that it recalibrates the expected deterioration course in the case of an transition between two classes.
5. Instandhaltungsinformationsvorrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, 5. Maintenance information device (10) according to one of the preceding claims, characterized,
dass die Erwartungswertlieferungseinrichtung (20) dazu ausgebildet ist, aus einer Datenbank (28) mit Erfahrungs- und/oder Simulationswerten für das System (12) eine erwartete Verschlechterungskurve (M) als Modell für die Verschlechterung aufzustellen. in that the expected value delivery device (20) is designed to set up an expected deterioration curve (M) from a database (28) with empirical and / or simulation values for the system (12) as a model for the deterioration.
6. Instandhaltungsinformationsvorrichtung (10) nach Anspruch 5, 6. maintenance information device (10) according to claim 5,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass der aktuell durch den Sensor (16) erfasste Verschlechterungsverlauf der Be- lastungs- und/oder Verschleißgröße über den Betriebsumfangsparameters als weitere Erfahrungswerte in die Datenbank (28) eingehen. the degradation profile of the load and / or wear quantity currently detected by the sensor (16) is entered into the database (28) via the operating volume parameter as further empirical values.
7. Instandhaltungsinformationsvorrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, 7. maintenance information device (10) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Restlebensdauerermittlungseinrichtung (22) dazu ausgebildet ist, aus akkumulierten Verschlechterungsmodellen, die aus einer Systemdatenbank (28) ermittelt werden, und dem gemessenen ordinalen Zustandssignal (27) des Systems (12) eine Restlebensdauerverteilung zu ermitteln. in that the remaining life determination device (22) is designed to determine a remaining life distribution from accumulated deterioration models, which are determined from a system database (28), and the measured ordinal status signal (27) of the system (12).
8. Instandhaltungsinformationsvorrichtung (10) nach Anspruch 7, 8. maintenance information device (10) according to claim 7,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Restlebensdauerermittlungseinrichtung (22) zum Liefern eines hyperordinalen Systemzustandssignals ausgebildet ist. in that the residual life determination device (22) is designed to supply a hyperordinal system state signal.
9. Hyperordinaler Zustandssensor (34) zur Überwachung eines Zustande wenigstens einer Komponente eines technischen Systems zur Ermittlung einer Empfehlung, ob innerhalb eines bestimmten Planungszeitraums eine Instandhaltung angezeigt ist oder nicht. A hyperordinal condition sensor (34) for monitoring a condition of at least one component of a technical system for determining a recommendation as to whether maintenance is indicated or not within a particular planning period.
10. Verfahren zur Entscheidung, ob eine Instandhaltung eines technischen System durchgeführt soll, mit den Schritten: a) Überwachen des Systems (12) mit einem Sensorelement (26) und Liefern eines Zustandssignals (27) und den bei Erfassung des Zustandssignals (27) vorliegenden aktuellen Wert eines den Umfang des Betriebs des Systems (12) angebenden Betriebsumfangsparameters, 10. Method for deciding whether to perform a maintenance of a technical system, comprising the steps of: a) monitoring the system (12) with a sensor element (26) and supplying a status signal (27) and the current value of an operating parameter specified on the extent of the operation of the system (12) when the status signal (27) is detected;
b) Ermitteln eines erwarteten Verschlechterungsverlaufs für den Zustand, der eine erwartete Verschlechterung des Zustands über den Betriebsumfangspa- rameter darstellt, aus Erfahrungs- und/oder Simulationswerten für das System (12), b) determining an expected degradation history for the condition representing an expected deterioration of the condition over the operating volume parameter from experience and / or simulation values for the system (12),
c) Ermitteln einer Restlebensdauererwartungsverteilung aus dem mittels des Sensorelements (26) gelieferten Zustandssignal (27) und der erwarteten Verschlechterungsfunktion, c) determining a remaining life expectancy distribution from the state signal (27) supplied by the sensor element (26) and the expected degradation function,
d) Klassifizierung der Restlebensdauererwartung in eine von mehreren vorgegebenen Klassen und (d) Classification of residual life expectancy into one of several given classes and
e) Erzeugen einer Instandhaltungsempfehlung aufgrund der erhaltenen Klasse. e) Generating a maintenance recommendation based on the class received.
11. Verfahren nach Anspruch 10, 11. The method according to claim 10,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass Schritt a) wenigstens einen der folgenden Schritte enthält: in that step a) contains at least one of the following steps:
a1) Verwenden eines nicht-perfekten ordinalen Sensors (16) zum Erfassen einer eine Information über einen Gesundheitszustand des überwachten Systems (12) angebenden Belastungs- und/oder Verschleißgröße;  a1) using a non-perfect ordinal sensor (16) for detecting load and / or wear magnitude indicative of health status of the monitored system (12);
a2) Erfassen wenigstens eines aktuellen Werts des Betriebsumfangsparameters zum Zeitpunkt der Messung eines vorbestimmten Werts der Belastungs- und/oder Verschleißgröße; und/oder  a2) detecting at least one current value of the operating parameter at the time of measuring a predetermined value of the load and / or wear quantity; and or
a3) Erfassen wenigstens eines aktuellen Werts der Belastungs- und/oder Verschleißgröße bei Auftreten eines vorbestimmten Werts des Betriebsumfangsparameters;  a3) detecting at least one current value of the load and / or wear quantity upon occurrence of a predetermined value of the operating volume parameter;
und/oder dass Schritt b) wenigstens einen der folgenden Schritte enthält: and / or that step b) contains at least one of the following steps:
b1) Abfragen einer Systemdatenbank (28) mit Erfahrungs- oder Simulationswerten, zu welchen Werten des Betriebsumfangsparameters welche Verschlechterungsgrade für den Zustand zu erwarten sind, und/oder b2) Erstellen eines akkumulierten Degradationsmodells (30) für das System (12) aus Erfahrungs- oder Simulationswerten. b1) querying a system database (28) with empirical or simulation values for which values of the operating volume parameter which degrees of deterioration are to be expected for the condition, and / or b2) creating an accumulated degradation model (30) for the system (12) from empirical or simulation values.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11 , 12. The method according to any one of claims 10 or 11,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass Schritt c) wenigstens einen der folgenden Schritte enthält: in that step c) contains at least one of the following steps:
c1) bei Erfassen wenigstens eines vorbestimmten Verschlechterungsgrad des durch den Sensor (16) überwachten Zustands: Vergleichen des bei diesem Erfassen erreichten aktuellen Wert des Betnebsumfangsparameters mit dem für diesen vorbestimmten Verschlechterungsgrad gemäß dem erwarteten Verschlechterungsverlauf erwarteten Wert;  c1) upon detecting at least one predetermined degree of deterioration of the condition monitored by the sensor (16): comparing the current value of the operating scope parameter reached in this detection with the value expected for that predetermined degree of deterioration according to the expected deterioration characteristic;
und/oder and or
c2) bei Erreichen wenigstens eines vorbestimmten Wertes des Betnebsumfangsparameters: Erfassen des dann vorliegenden aktuellen Verschlechterungsgrads mittels des Sensors (16) und Vergleichen mit dem bei diesem Verschlechterungsgrad gemäß dem erwarteten Verschlechterungsverlauf erwarteten Wert des Betnebsumfangsparameters;  c2) upon reaching at least one predetermined value of the operating scope parameter: detecting the actual degree of deterioration then present by means of the sensor (16) and comparing it with the value of the operating peripheral parameter expected in this degree of deterioration according to the expected deterioration course;
und and
c3) Neukalibrierung des erwarteten Verschlechterungsverlaufs über den Betriebsumfangsparameter aufgrund des im Schritt c1) erreichten Werts des Betnebsumfangsparameters und/oder aufgrund des im Schritt c2) erfassten Verschlechterungsgrades;  c3) recalibrating the expected deterioration profile over the operating parameter due to the value of the operating scope parameter achieved in step c1) and / or due to the degree of deterioration detected in step c2);
und and
c4) Ermitteln der Restlebensdauerverteilung aufgrund des in Schritt c3) neukalibrierten erwarteten Verschlechterungsverlaufs.  c4) determining the residual life distribution based on the expected deterioration course recalibrated in step c3).
13. Verfahren nach Anspruch 12, 13. The method according to claim 12,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass Schritt a) den Schritt enthält: that step a) includes the step:
a4) Klassifizierung des gemessenen Zustandssignals (27) in eine von mehreren Klassen und Angabe der entsprechenden Klasse; und dass Schritt c1) bei Übergang von einer Klasse zu einer anderen Klasse durchgeführt wird. a4) classifying the measured state signal (27) into one of several classes and specifying the corresponding class; and that step c1) is performed on transition from one class to another class.
14. Verfahren nach Anspruch 13, 14. The method according to claim 13,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass Schritt a4) wenigstens den Schritt enthält: in that step a4) contains at least the step:
a1a) Klassifizierung des gemessenen Zustandssignals, insbesondere des erfass- ten Wertes der Belastungs- oder Verschleißgröße, in eine von wenigstens zwei Klassen, die ausgewählt sind aus einer Gruppe von Klassen, die a1a) Classifying the measured state signal, in particular the detected value of the load or wear quantity, into one of at least two classes selected from a group of classes which
· einen nominalen Betriebszustand,  A nominal operating state,
• messbarer Verschleiß, aber keine Gefahr eines Ausfalls des überwachten • measurable wear, but no risk of failure of the monitored
Systems, Systems,
• kurz bevorstehender Systemausfall und/oder  • imminent system failure and / or
• Systemausfall  • System failure
enthält. contains.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, 15. The method according to any one of claims 10 to 14,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass Schritt d) wenigstens den Schritt enthält: in that step d) contains at least the step:
d1) Klassifizierung der in Schritt c) ermittelten Restlebensdauerverteilung in eine von wenigstens zwei Klassen, die ausgewählt sind aus einer Gruppe von Klassen, die d1) classifying the residual lifetime distribution determined in step c) into one of at least two classes selected from a group of classes which
• einen nominalen Betriebszustand,  A nominal operating state,
· messbarer Verschleiß, aber keine Gefahr eines Ausfalls des überwachten Systems,  Measurable wear but no risk of failure of the monitored system,
• kurz bevorstehender Systemausfall und/oder  • imminent system failure and / or
• Systemausfall  • System failure
enthält. contains.
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