ES2947015T3 - Método para predecir una anomalía de funcionamiento de uno o varios equipos de un conjunto - Google Patents
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Abstract
Comprendiendo cada dispositivo un parámetro operativo que varía con el tiempo de manera similar entre el primer y el segundo dispositivo; de recoger y registrar medidas del parámetro para el primer y segundo dispositivo; de procesar las medidas recogidas para detectar un posible mal funcionamiento de uno de los dispositivos estableciendo un coeficiente de determinación entre las medidas del parámetro para el primer dispositivo y las medidas del mismo parámetro para el segundo dispositivo; de indicar el mal funcionamiento de uno de los dispositivos si el coeficiente de determinación está por debajo de un umbral; y de indicar la ausencia de mal funcionamiento de uno de los dispositivos y/o de ajustar el umbral en función del coeficiente si éste es igual o superior al umbral. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Método para predecir una anomalía de funcionamiento de uno o varios equipos de un conjunto
Objeto de la invención
La presente invención se refiere a un método para predecir la disfunción de uno o más equipos de un conjunto, trabajando los equipos en paralelo y se supone que, de la misma manera, siendo el equipo o equipos en particular máquinas giratorias, es decir máquinas que comprenden al menos una masa giratoria.
Estado de la técnica
Desde hace ya muchos años, el mantenimiento de los equipos de conjuntos industriales es un reto económico importante, tanto si se trata de instalaciones fijas como, por ejemplo, fábricas de producción de productos manufacturados o de producción de energía, como si se trata de conjuntos móviles, por ejemplo en el ámbito del transporte, en particular aviones, autobuses, locomotoras, barcos. En efecto, el mantenimiento de los equipos representa un importante coste económico, debido por un lado a la propia acción de mantenimiento, y por otro lado a la pérdida operativa que representa la necesaria parada total de las instalaciones o de los conjuntos de los que los equipos forman parte, paradas que muy a menudo son imprevistas y no anticipadas.
Generalmente, el mantenimiento de los equipos se denomina “curativo” ya que interviene únicamente después de la aparición de una avería o un mal funcionamiento del equipo. Sin embargo, tal mantenimiento tiene muchos inconvenientes de organización en términos de movilización de personal de mantenimiento, disponibilidad y suministro de piezas de repuesto, lo que influye negativamente en las actividades de mantenimiento.
Para ayudar dicho mantenimiento curativo, el documento US2008262663 describe un método de seguimiento en tiempo real, de al menos dos motores de aeronaves, para detectar, durante el funcionamiento de los motores, un mal funcionamiento y avisar de ello al piloto. Un ordenador monitorea un parámetro de funcionamiento de un primer motor y un segundo ordenador el mismo parámetro de un segundo motor, comprándose los valores del parámetro de un motor con los del otro motor, y si un valor se desvía del otro por una diferencia mayor que un umbral predeterminado, se diagnostica que uno de los motores está en funcionamiento anormal.
El mantenimiento de los equipos puede ser “preventivo”, según un calendario fijo o a intervalos de funcionamiento determinados. Es regulado y por lo tanto protector. Su costo es alto ya que un equipo que funciona normalmente puede ser reemplazados innecesariamente.
Se ha propuesto entonces un mantenimiento denominado “predictivo”, de manera a poder anticipar los mantenimientos de los equipos y planificarlos lo mejor posible para que se lleven a cabo en el momento con el menor impacto negativo posible en el funcionamiento de los equipos industriales. Sin embargo, este mantenimiento predictivo requiere la identificación de la avería, o del mal funcionamiento, mucho antes de que ésta o éste afecte al equipo.
Se ha propuesto poner bajo vigilancia un equipo llevando a cabo la monitorización, generalmente en tiempo real, de algunos de estos parámetros de funcionamiento, cuya evolución a lo largo del tiempo es indicativa de un deterioro del funcionamiento del equipo en cuestión, y por tanto una señal de una avería inminente.
Por ejemplo, el documento AU 2015249207 describe, para una locomotora ferroviaria, que comprende varios motores de tracción eléctrica de corriente alterna trifásica, un procedimiento para predecir una avería mecánica inminente, un procedimiento que comprende la transformación de la intensidad de la señal eléctrica, a lo largo del tiempo, de un motor, en dominios de frecuencia para formar firmas eléctricas, que se promedian para establecer firmas representativas de los motores, ellas mismas transformadas por un cálculo de error promedio cuadrático en una firma de avería, utilizada para determinar el número de medidas de averías de corriente eléctrica. Para el motor que está bajo evaluación, se calcula un promedio sobre las medidas de avería de los motores excepto el motor evaluado, después se compara con el promedio de las medidas de averías, incluido el motor evaluado, y se identifica su avería o no avería comparando esta diferencia de promedios con respecto a un umbral.
Sin embargo, tales soluciones no son satisfactorias ya que no son lo suficientemente anticipatorias para ser plenamente beneficiosas, pudiendo el equipo averiado funcionar mal mucho antes de que se detecte una cualquiera avería, no funcionando de forma óptima la instalación o el equipo que comprende dicho equipo.
Para mejorar la anticipación de averías, se ha propuesto monitorear la correlación entre diferentes parámetros de funcionamiento. Por ejemplo, para una instalación industrial que comprende varios equipos rotatorios, tales como turbinas o motores para llevar a cabo un proceso industrial, el documento US2005197805 describe la determinación y seguimiento de un coeficiente de correlación de ciertos pares de parámetros del proceso industrial, un coeficiente de correlación que se compara con el determinado para condiciones normales del proceso, y si se identifica una diferencia, se genera un aviso de avería inminente.
Generalmente, las instalaciones o conjuntos industriales comprenden y usan numerosos equipos, que pueden ser diferentes o idénticos entre sí, pero algunos de los cuales funcionan en paralelo, sustancialmente de la misma manera. Se ha propuesto entonces basar la predicción de la aparición de una avería en el monitoreo del funcionamiento de dos equipos redundantes. Por ejemplo, para una instalación industrial de electrólisis de aluminio, el documento FR 2 981 474 describe la monitorización de un parámetro de funcionamiento de un primer aparato correlacionado con otro parámetro de funcionamiento de un segundo aparato mediante una predicción de los valores del parámetro del primer aparato a partir del valor medido del segundo parámetro del segundo aparato y su comparación con los valores realmente medidos del parámetro del primer aparato, con el fin de detectar un error de correlación que es el signo de una futura avería del primer aparato.
También se han propuesto métodos predictivos en el campo aeronáutico, en el que la aparición de averías imprevistas, y su gestión, es más problemática, en términos logísticos, pero también en términos de costes, especialmente si las averías se producen en plataformas lejanas.
Por ejemplo, el documento US 2013197721 describe un procedimiento para generar mensajes particulares relacionados al rendimiento de una aeronave implementando una identificación de los principales parámetros de funcionamiento de la aeronave, aquellos que tienen un fuerte nivel de correlación, entre 0,6 y 0,8, y después un cálculo de correlación entre el cambio en el valor de estos parámetros principales y un parámetro que indica un suceso de avería.
El documento FR 3028331 describe la monitorización de un motor de aeronave, para la planificación de operaciones de mantenimiento, que implementa una normalización de los parámetros endógenos de funcionamiento del motor teniendo en cuenta un parámetro endógeno del motor y al menos un parámetro exógeno propio del entorno de uso del motor, permitiendo así poder comparar los datos que provienen de vuelos sucesivos.
El documento FR 3016710 describe un procedimiento para predecir una anomalía de funcionamiento de los equipos de una aeronave en el que, durante las fases de mantenimiento de la aeronave, las medidas de funcionamiento y las averías se recuperan en un ordenador para formar una base de datos, y durante la fase de mantenimiento, un programa de análisis de datos se ejecuta con el fin de determinar, en ausencia de avería, un conjunto de pares de parámetros que se correlacionen entre sí entre todos los parámetros disponibles, y, todavía durante la fase de mantenimiento, se ejecuta un programa informático con el fin de calcular las correlaciones de Pearson para los pares de parámetros que se correlacionan entre sí y, cuando el valor de correlación calculado de un par, para un vuelo dado, cae por debajo de un umbral de detección predeterminado, se señala un mal funcionamiento. Este procedimiento tiene muchos inconvenientes. En primer lugar, para determinar automáticamente cuales son los parámetros que se correlacionan entre sí, es necesario recopilar la totalidad de las medidas de la totalidad de los sensores de la totalidad de los equipos de la aeronave, creando así un enorme volumen de datos que son difíciles de tratar. Además, este método no es lo suficientemente sensible, no lo suficientemente fino en la predicción de eventuales averías, ya que tiene un alto porcentaje de falsas alarmas o falsas declaraciones de averías, lo que conlleva reemplazos innecesarios de equipos sin mal funcionamiento.
Objetivos de la invención
La presente invención tiene como objetivo proporcionar una solución, en particular un método de predicción de una avería de uno o varios equipos de un conjunto que no presenta los inconvenientes del estado de la técnica.
La presente invención tiene como objetivo proporcionar un procedimiento para predecir una avería de uno o más equipos de un conjunto, que es más sensible, más fiable y, por lo tanto, que tiene un rendimiento mejorado.
La presente invención tiene como objetivo proporcionar un método para predecir una avería de uno o más equipos de un conjunto que tiene un porcentaje reducido de falsas declaraciones de averías.
Resumen de la invención
La presente invención se refiere a un método para predecir una anomalía de funcionamiento de uno o más equipos de un conjunto, que comprende las etapas de tomar un conjunto, que tiene al menos un ciclo de funcionamiento, y que comprende una o más series de equipos que comprenden al menos un primer y un segundo equipo funcionando ambos en paralelo y sustancialmente de la misma manera, comprendiendo cada equipo un primer parámetro de funcionamiento o al menos un primero, un segundo y un tercer parámetro de funcionamiento, cambiando cada parámetro, a lo largo del tiempo, de manera similar entre el primer y segundo equipo, para registrar y almacenar medidas a lo largo del tiempo del primero, o los parámetros para el primero y el segundo equipo, para uno o más ciclos de funcionamiento, o una o más partes del o de los ciclos, para recopilar las medidas durante, o después de la finalización de uno o más ciclos de funcionamiento, o de una o más partes del o de los ciclos, para tratar las medidas recopiladas, con el fin de detectar un posible mal funcionamiento del primer y/o del segundo equipo, estableciendo un primer coeficiente de determinación entre las medidas del primer parámetro del primer equipo y las medidas del primer parámetro del segundo equipo, si, para uno o más ciclos de funcionamiento, o una o más partes del ciclo o de los ciclos, el primer coeficiente de determinación es menor que un primer umbral determinado, para emitir un aviso que
indica el mal funcionamiento del primer y/o del segundo equipo y/o para iniciar etapas adicionales del método según la invención, y, preferiblemente, si el primer coeficiente de determinación es igual o superior al primer umbral, emitir un aviso que indica una ausencia de mal funcionamiento del primer y/o del segundo equipo, y/o ajustar el primer umbral en función del primer coeficiente de determinación.
Según realizaciones preferidas de la invención, el método según la invención comprende al menos una, o cualquier combinación adecuada, de las siguientes características:
- el método comprende además la selección previa de la o las series de primer y segundo equipo del conjunto y/o del primer parámetro de funcionamiento del primer o del segundo equipo,
- el método comprende además las etapas de determinar la ecuación de regresión lineal, del tipo y = ax b, entre el primer parámetro de funcionamiento del primer equipo y el primer parámetro de funcionamiento del segundo equipo para uno o más ciclos de funcionamiento, o uno o más partes del o de los ciclos, y determinar el valor absoluto de la constante “b” de dicha ecuación, si el valor absoluto es menor o igual a un valor determinado, establecer para el primero y/o el segundo equipo, para uno o más ciclos de funcionamiento, o una o más partes del o de los ciclos, un segundo coeficiente de determinación entre el primer parámetro de funcionamiento y el segundo parámetro de funcionamiento, y un tercer coeficiente de determinación entre el primer parámetro de funcionamiento y el tercer parámetro de funcionamiento, y si los segundo y tercero coeficientes de determinación son mayores o iguales respectivamente a un segundo y tercer umbral, emitir un aviso que indica la ausencia de mal funcionamiento y/o ajustar el segundo y el tercer umbral en función del segundo y del tercer coeficiente de determinación, si el valor absoluto es mayor que el valor determinado, evaluar el ruido de funcionamiento del primer y/o del segundo equipo, si el ruido es mayor que un determinado intervalo de valores, emitir un aviso de mal funcionamiento del y/o de los equipos, si el ruido está incluido en el intervalo determinado, sin presencia de picos de valor del primer parámetro de funcionamiento, emitir un aviso que indica la ausencia de mal funcionamiento y/o ajustar el intervalo de valores determinado para el ruido de funcionamiento, si el ruido se encuentra dentro de un intervalo de valores determinado, en presencia de picos de valor del primer parámetro de funcionamiento, emitir un aviso que indica un mal funcionamiento del y/o de los equipos,
- la etapa de determinar el ruido de funcionamiento del primer y/o del segundo equipo se lleva a cabo determinando las desviaciones estándar de las medidas del primer parámetro de funcionamiento con respecto a la media de las medidas sobre uno o más ciclos de funcionamiento, o una o más parte del o de los ciclos de funcionamiento, y comparando las desviaciones estándar con un intervalo determinado de valores límite promedios,
- el segundo y el tercer parámetro se escogen entre otros parámetros de funcionamiento del primero y del segundo equipo, diferentes del primer parámetro de funcionamiento, siendo dichos otros parámetros uno o más parámetros que influyen directamente en el funcionamiento del primer y/o del segundo equipo, uno o más parámetros de funcionamiento de uno o más otros equipos del conjunto, o una combinación de los mismos,
- el primer umbral del primer coeficiente de determinación se determina durante uno o más ciclos de funcionamiento del conjunto, o la o las partes del o de los ciclos, en el o los que no se ha detectado ningún mal funcionamiento del primer y/o del segundo equipo,
- el segundo umbral del segundo coeficiente de determinación y/o el tercer umbral del tercer coeficiente de determinación y/o el valor absoluto de la constante de la ecuación de regresión lineal, es o son determinados durante uno o más ciclos de funcionamiento del conjunto, o una o más partes del o de los ciclos, en el o los que no se ha detectado ningún mal funcionamiento del primer y/o segundo equipo,
- el intervalo determinado de valores promedios límites de las desviaciones estándar de las medidas del primer parámetro, se determina durante uno o más ciclos de funcionamiento del conjunto, o una o más partes del o de los ciclos, en el o los que no se ha detectado ningún mal funcionamiento del primer y/o segundo equipo,
- el método comprende además una o más representaciones gráficas en función del o de los ciclos de funcionamiento, o partes del o de los ciclos, de las medidas del primer parámetro de funcionamiento del primer y/o del segundo equipo y/o del primer coeficiente de determinación y/o de los picos de valor en las medidas del primer parámetro,
- el método comprende además una o más representaciones gráficas, en función del o de los ciclos de funcionamiento, o partes del o de los ciclos, de las medidas del primer parámetro de funcionamiento del primer y/o del segundo equipo y/o, del primer coeficiente de determinación y del segundo y/o tercer parámetro y/o del primer y/o segundo y/o tercer coeficiente de determinación y/o de los picos de valor en las medidas de dicho primer parámetro,
- el conjunto se escoge de una aeronave, un coche, un autobús, un camión, una locomotora, un barco, un buque, o una nave espacial, autónomo o no, y el primer y el segundo equipo son máquinas giratorias,
- el conjunto es una aeronave, el primer y el segundo equipo son las bombas de refuerzo de combustible de uno o más motores, y el primer parámetro de funcionamiento de las bombas de refuerzo de combustible es la corriente eléctrica consumida por cada bomba de refuerzo de combustible, el segundo parámetro es la cantidad promedio de combustible medido en el tanque nodriza, y el tercer parámetro es la cantidad promedio de combustible medido en el tanque principal.
La presente invención también se refiere a un método para mantener un conjunto, que comprende una o más series de equipos que comprenden al menos un primer y un segundo equipo que funcionan ambos en paralelo y sustancialmente de la misma manera, que llevan a cabo el método según la invención.
Breve descripción de las figuras.
La figura 1 es un gráfico que representa la evolución del coeficiente de determinación establecido para un primer parámetro de funcionamiento de dos equipos redundantes en función del número de ciclo de funcionamiento, antes y después de la sustitución del equipo defectuoso, para una realización particular de la invención en la que el conjunto es una aeronave, los ciclos de funcionamiento son vuelos de la aeronave, y en el que el primer parámetro es la intensidad de la corriente eléctrica consumida por dos bombas de refuerzo de combustible.
La figura 2 es un gráfico que representa la evolución, en función del número de ciclos de funcionamiento, del valor de la constante de la ecuación de regresión, establecida para una multitud de ciclos de funcionamiento, entre el primer parámetro de funcionamiento del primer equipo y el primer parámetro de funcionamiento del segundo equipo, antes y después de la sustitución del equipo defectuoso, para la realización particular de la invención en la que el conjunto, que comprende los equipos redundantes, es una aeronave, los ciclos de funcionamiento son vuelos, y en el que el primer parámetro es la intensidad de la corriente eléctrica consumida por dos bombas de refuerzo de combustible.
La figura 3 es un gráfico que representa la evolución, en función del número de ciclos de funcionamiento, del segundo coeficiente de determinación establecido entre el primer parámetro de funcionamiento de uno de los dos equipos redundantes y un segundo parámetro que influye en el funcionamiento del equipo, antes y después de la sustitución del equipo, para la realización particular de varios vuelos de una aeronave, siendo el primer parámetro la corriente eléctrica consumida por una bomba de refuerzo de combustible, siendo el segundo la cantidad media de combustible medida en el tanque nodriza.
La figura 4 es un gráfico que representa la evolución, en función del número de ciclos de funcionamiento, del tercer coeficiente de determinación establecido entre el primer parámetro de funcionamiento de uno de los dos equipos redundantes y un tercer parámetro que influye en el funcionamiento del equipo, antes y después de la sustitución del equipo, para la realización particular de varios vuelos de una aeronave, siendo el primer parámetro la corriente eléctrica consumida por una bomba de refuerzo de combustible, siendo el tercero la cantidad media de combustible medida en el depósito principal.
La figura 5 es un gráfico que representa la evolución, en función del número de ciclos de funcionamiento, del ruido de funcionamiento de uno de los dos equipos, antes y después de la sustitución del equipo, para la realización particular de varios vuelos de una aeronave, siendo el primer parámetro la corriente eléctrica consumida por una bomba de refuerzo de combustible.
La figura 6 es un gráfico que representa, en función del número de ciclos de funcionamiento, la amplitud de los frentes ascendentes del primer parámetro de funcionamiento de uno de los dos equipos, antes y después de la sustitución del equipo, para la realización particular de varios vuelos de una aeronave, siendo el primer parámetro la corriente eléctrica consumida por una bomba de refuerzo de combustible.
Descripción detallada de la invención
El método según la invención es un método para predecir una anomalía de funcionamiento, o una avería, de uno o más equipos de un conjunto, que requieren un mantenimiento, o que ofrece rendimientos mejorados, o una mayor longevidad, tan pronto como esto se lleva a cabo este mantenimiento, comprendiendo el conjunto una o más series de equipos, comprendiendo cada serie al menos dos equipos, denominados redundantes debido a que funcionan en paralelo, sustancialmente de la misma manera, y tienen cada uno al menos un primer parámetro de funcionamiento que evoluciona, con el tiempo, de manera similar entre los dos equipos durante su funcionamiento.
Preferiblemente, el primer parámetro de funcionamiento que se monitoriza en el tiempo es al menos del mismo tipo para los dos equipos, ventajosamente se trata del mismo parámetro de funcionamiento, como por ejemplo el valor del consumo eléctrico de cada equipo.
Los equipos en cuestión pueden ser cualquier sistema de tratamiento de datos, o máquinas, sea cual sea su naturaleza, mecánica y/o eléctrica y/o química y/o electrónica, y su grado de complejidad, preferentemente máquinas
giratorias, equipos que funcionan en continuo y/o intermitente, y que pueden ser usados en numerosos campos técnicos, por ejemplo para la fabricación o la transformación de productos, la producción de energía o el transporte.
Preferentemente, el conjunto puede formar parte de un sistema industrial más complejo.
Preferentemente, el conjunto en cuestión en la presente invención se usa en la producción de electricidad, petróleo o gas.
En una realización particular de la invención, el conjunto se usa para la producción de electricidad y los al menos dos equipos son turbinas de gas.
Sin ser limitativa, se describirá la invención para otra realización, en el campo de los transportes, en el que el conjunto es una aeronave, por ejemplo un avión o un dron, y los equipos son bombas de refuerzo de combustible, siendo el primer parámetro de funcionamiento la corriente eléctrica consumida por cada bomba de refuerzo; no obstante, los equipos en cuestión puede ser otros dispositivos a bordo de la aeronave, preferiblemente otras máquinas giratorias, distintas de las bombas de combustible. Sin embargo, el método puede usarse más generalmente en el campo del transporte, como por ejemplo automóviles, autobuses, o camiones, locomotoras, barcos o naves espaciales, pero también en el campo de la robótica, por ejemplo robots autónomos.
El método comprende una primera etapa de registro y almacenamiento de las medidas, en el tiempo, y por tanto de la evolución, de uno o varios parámetros de funcionamiento de los equipos redundantes de los cuales debe preverse una avería, suponiéndose que el o los parámetros evolucionan en el tiempo sustancialmente de la misma manera para cada equipo. Preferentemente, además del o de los parámetros de los equipos redundantes, se llevan a cabo un registro y almacenamiento de las medidas, a lo largo del tiempo, para uno o más parámetros, eventualmente parámetros de funcionamiento de otros equipos o dispositivos del conjunto, preferentemente también redondantes entre sí, y que están preferentemente directamente relacionados con el funcionamiento de los dos equipos redundantes monitorizados. Por ejemplo, para bombas de refuerzo de combustible para motores de aeronaves, la cantidad de queroseno en un tanque nodriza y la cantidad de queroseno en el tanque principal también se pueden medir, registrar y almacenar para su tratamiento posterior.
El registro y almacenamiento de las medidas, sea cual sea el parámetro de funcionamiento en cuestión, pueden llevarse a cabo por los propios equipos o por un dispositivo del conjunto en cuestión, o incluso por un dispositivo, o por un sistema, externo al conjunto en cuestión.
Preferiblemente, el método comprende una etapa de recopilación de datos correspondientes a las medidas del o de los parámetros. Esta recopilación se puede llevar a cabo en, y con la ayuda de, un dispositivo o sistema distinto y remoto del conjunto considerado, y puede llevarse a cabo después de la finalización de varios ciclos de funcionamiento del conjunto considerado, o bien al final de un solo ciclo de funcionamiento, o bien de manera continua en el tiempo, preferiblemente después de un período de tiempo que corresponde a una o más partes de un ciclo de funcionamiento del conjunto considerado.
Se entiende por “ciclo de funcionamiento” el período de tiempo durante el cual el conjunto considerado, y por lo tanto el equipo del conjunto, está o están en funcionamiento, por lo tanto, en condiciones de funcionamiento. Se trata por lo tanto del período de tiempo que separa el inicio de la parada del conjunto considerado o de estos equipos considerados. Las partes de un ciclo de funcionamiento son periodos de tiempo incluidos en el periodo de funcionamiento de los equipos. Estas partes del ciclo pueden ser períodos durante los cuales los equipos funcionan de la misma manera entre sí, o de la misma manera entre sí y de forma diferente con respecto a otra parte de su ciclo de funcionamiento.
Por ejemplo, para una aeronave, y si se considera que un ciclo de funcionamiento es un vuelo desde un aeropuerto de salida hasta un aeropuerto de destino, el registro en continuo y almacenamiento del o de los parámetros de los dos equipos se lleva a cabo desde el arranque de los equipos hasta sus apagados, y/o para partes de ciclos, a saber, las diferentes fases de vuelo, rodadura, despegue, ascenso, fase de crucero, descenso, fase de aterrizaje, y rodadura hacia el estacionamiento. Este registro y almacenamiento se lleva a cabo con la ayuda de un registrador de datos de vuelo o un sistema de monitoreo del estado de la aeronave, también denominado ACMS (acrónimo de “Aircraft Condition Monitoring System”), que genera informes denominados “snapshots” o archivos de mayor tamaño denominados SAR, acrónimos en inglés de “Smart ACMS Recorder”, que representa los valores del o de los parámetros a lo largo del tiempo. Los registros pueden ser comunicados durante el vuelo vía el sistema de comunicación aire/tierra, o ACARS (acrónimo en inglés de “Aircraft Communication Addressing And Reporting System”), durante intervalos de tiempo determinados, pudiendo los SAR ser comunicados después del vuelo, o después de una serie de varios vuelos sucesivos, a un dispositivo o sistema de un tercero que los recopile con vistas a su tratamiento.
Es particularmente ventajoso que el método según la invención comprenda una etapa previa de selección de los equipos redundantes a monitorear, y eventualmente también del o de los parámetros de funcionamiento a monitorear. Preferiblemente, el método usa la monitorización de al menos un parámetro de funcionamiento de al menos dos
equipos redundantes determinados, por lo tanto idénticos, y que funcionan en paralelo, y eventualmente también uno o más otros parámetros de funcionamiento de uno o más equipos o dispositivos del conjunto cuyo funcionamiento está directamente relacionado con el funcionamiento de los dos equipos redundantes. Esto tiene la ventaja de recopilar sólo los datos correspondientes al o los parámetros determinados para determinados equipos, sin tener que recopilar, después seleccionar y tratar la totalidad de los datos, de la totalidad de los parámetros de funcionamiento de la totalidad de los equipos del conjunto en cuestión, sobre todo si se trata de una aeronave.
El método según la invención comprende además una etapa de tratamiento de los datos recopilados.
Para un primer ciclo de funcionamiento del conjunto en cuestión, o intervalos de tiempo en un primer ciclo de funcionamiento, por ejemplo para una aeronave, un vuelo o las distintas fases del vuelo, se establece una regresión lineal entre los valores, a lo largo del tiempo, del primer parámetro de funcionamiento del primer equipo, y los del mismo parámetro de funcionamiento del segundo equipo. En efecto, los dos equipos funcionan en paralelo, y como se supone que lo hacen de manera sustancialmente idéntica a lo largo del tiempo, existe por lo tanto una relación lineal entre los valores de este primer parámetro que se han medido para los dos equipos redundantes.
Se calcula entonces un primer coeficiente de determinación para el primer ciclo, o parte del primer ciclo, de funcionamiento.
Contrariamente a un coeficiente de correlación, que permite determinar la intensidad de la conexión que puede existir entre dos valores, el coeficiente de determinación que, para una regresión lineal, es el cuadrado del coeficiente de correlación, tiene la ventaja de decir hasta qué punto la ecuación de regresión determinada es adecuada para describir la distribución de los valores de las medidas. Además, en lo que se refiere a un coeficiente de correlación, este último sólo se puede usar para series de valores permutables, a saber, valores de una primera serie de medidas de un primer equipo que se pueden intercambiar con los de una segunda serie de valores de un segundo equipo, mientras que el coeficiente de determinación permite identificar la relación existente entre valores, sean o no estos últimos permutables entre dos series de medidas, estando relacionadas las medidas de un equipo a las del otros equipos, sin que, sin embargo, puedan ser permutadas.
Así, un coeficiente de determinación de “1” significa entonces que la ecuación de la línea de regresión es capaz de determinar el 100% de la distribución de valores, lo que significa un alto poder de predicción, mientras que un coeficiente de determinación de “0” significa que la línea de regresión no explica absolutamente la distribución de valores y que los valores están muy dispersos, lo que es un signo de un bajo poder de predicción.
Después, se establecen multitud de regresiones lineales y se calculan multitud de coeficientes de determinación, entre los valores, a lo largo del tiempo, del primer parámetro de funcionamiento del primer equipo y los del mismo parámetro de funcionamiento del segundo equipo, para otros ciclos de funcionamiento, o intervalos de tiempos de otros ciclos de funcionamiento, que pueden ser anteriores y/o posteriores al primer ciclo de funcionamiento, con el fin de establecer un conjunto de valores para el primer coeficiente de determinación sobre una multitud de ciclos o partes de una multitud de ciclos.
Preferentemente, el número de ciclo de funcionamiento que se tiene en cuenta está comprendido entre dos y doscientos o más, ventajosamente es de aproximadamente cuarenta ciclos, número que representa un buen compromiso entre la cantidad de medidas a tratar y la fiabilidad del método según la invención.
En la presente invención, para un ciclo de funcionamiento dado, o para una serie de ciclos de funcionamiento, si un valor, preferentemente varios de los valores del primer coeficiente de determinación, es/son iguales o se sitúan por encima de un primer umbral determinado, entre este primer umbral y el valor de “1”, esto significa que los valores medidos para los primeros parámetros del primer equipo son próximos a los medidos para el segundo equipo y que, por lo tanto, los dos equipos funcionan en paralelo de manera simétrica o sustancialmente simétrica. Por el contrario, si un valor, preferiblemente varios valores del primer coeficiente de determinación, están por debajo de un primer umbral determinado, entonces los dos equipos redundantes no funcionan de manera simétrica. En consecuencia, se puede emitir un primer aviso para indicar el mal funcionamiento o el buen funcionamiento del y/o de los equipos e iniciar, o no, una solicitud de inspección, un mantenimiento o la sustitución de los equipos redundantes, o bien, y de manera preferida, iniciar etapas suplementarias a fin de afinar el método según la invención.
Este primer umbral determinado depende de los equipos redundantes que se monitorean. Se establece preferentemente en base a uno o más ciclos de funcionamiento en el o en los que, ninguno de los dos equipos redundantes ha sufrido un mal funcionamiento o una avería. Preferentemente, este primer umbral determinado se actualiza de manera continua, en función de los primeros coeficientes de determinación establecidos para ciclos de funcionamiento sin avería.
En el ejemplo de las medidas de la corriente eléctrica consumida por las bombas de refuerzo de combustible de los motores de una aeronave, un primer coeficiente de determinación igual o comprendido entre 0,6 y 1, preferentemente entre 0,65 y 0,7, significa que las bombas de refuerzo de combustible funcionan simétrica o de manera sustancial
simétricamente, mientras que un primer umbral inferior a 0,6 significa que las bombas funcionan de manera asimétrica (figura 1).
Con el fin de reducir, o incluso eliminar, las falsas alarmas o falsas declaraciones de averías, el método según la invención comprende una o más etapas adicionales, cuya implementación se lleva a cabo preferentemente por el mal funcionamiento de uno o ambos equipos, preferiblemente después de la emisión del aviso que indica este mal funcionamiento.
Preferiblemente, el método usa una etapa de evaluación de la constante “b” de la ecuación de la línea de regresión lineal, del tipo Y= aX b, que se determina para el primer parámetro de funcionamiento del primer equipo y el del segundo equipo, para un ciclo de funcionamiento, o parte de este ciclo, preferiblemente también para otros ciclos, o partes de ciclos de funcionamiento.
El valor absoluto de la constante “b” de esta o estas ecuaciones de regresión permite estimar la diferencia entre el primer parámetro de funcionamiento de los dos equipos redundantes y por lo tanto estimar con qué diferencia funcionan los dos equipos redundantes. Si el valor “b” es mayor o igual a un valor determinado, un umbral que depende de los equipos redundantes monitoreado, esto significa que uno de los dos equipos considerados ya no tiene un funcionamiento lineal, en un ciclo, o parte del ciclo, de funcionamiento o entre diferentes ciclos de funcionamiento (figura 2). En este caso, se calculan y/o evalúan un segundo y un tercer coeficiente de determinación para uno de los equipos, preferiblemente los dos equipos redundantes, con el fin de identificar cuál de los dos equipos no está funcionando normalmente.
Preferentemente, este valor determinado de “b” se establece también en base a uno o varios ciclos de funcionamiento en el que o en los que, ninguno de los dos equipos redundantes ha sufrido un mal funcionamiento o una avería. Preferiblemente, este valor determinado se actualiza en continuo, en función de los valores de la constante “b” establecidos para ciclos de funcionamiento sin avería, y permite ajustar este valor determinado que sirve de umbral.
Se calcula un segundo coeficiente de determinación para un ciclo de funcionamiento, o intervalos de tiempo de dichos ciclos, preferentemente una multitud de ciclos de funcionamiento, o intervalos de tiempo de dichos ciclos, que es o son el o los ciclos, o partes de ciclos, durante el o los cuales se llevó a cabo el primer coeficiente de determinación. Este coeficiente de determinación se calcula entre el primer parámetro de uno de los dos dispositivos redundantes y un segundo parámetro que es, o bien otro parámetro de funcionamiento del dispositivo en cuestión, diferente del primer parámetro de funcionamiento, o un parámetro que influye directamente en el funcionamiento del equipo evaluado, o un parámetro de funcionamiento de uno o más equipos o dispositivos del conjunto, que están, preferiblemente, directamente relacionados con el funcionamiento del equipo redundante evaluado.
Se calcula un tercer coeficiente de determinación para un ciclo de funcionamiento, o intervalos de tiempo de dichos ciclos, preferentemente una multitud de ciclos de funcionamiento, o intervalos de tiempo de dichos ciclos, entre el primer parámetro de uno de los dos equipos redundantes y un tercer parámetro que puede ser uno o más parámetros de funcionamiento del dispositivo en cuestión, un parámetro, preferiblemente varios parámetros, diferentes) del primero y del segundo parámetro de funcionamiento, o un parámetro que influye directamente en el funcionamiento del equipo que se está evaluando, o un parámetro de funcionamiento de uno o más elementos de equipos o dispositivos del conjunto que están directamente relacionados con el funcionamiento del equipo redundante evaluado.
Preferiblemente, los segundo y tercero parámetros son diferentes el uno del otro.
Si el segundo coeficiente de determinación es mayor o igual a un segundo umbral, que es función del primer parámetro de funcionamiento del equipo y del segundo parámetro considerado, y que el tercer coeficiente de determinación es mayor o igual a un tercer umbral, que es función del primer parámetro de funcionamiento del equipo y del tercer parámetro considerado, esto significa que el equipo evaluado está funcionando normalmente. En el caso contrario, el equipo evaluado sufre un mal funcionamiento y se emite un aviso para informar y para que se realice una revisión, un mantenimiento o un reemplazo.
El segundo y el tercer umbral se determinan en base a uno o varios ciclos de funcionamiento en el o los que ninguno de los dos equipos redundantes ha sufrido un mal funcionamiento o avería. Preferiblemente, estos segundo y tercero umbrales se actualizan en continuo.
En el ejemplo de las bombas de refuerzo de combustible para aeronave, para un valor de constante “b” menor o igual a “3” (figura 2), se determina un segundo coeficiente de determinación, para uno o más vuelos, entre las medidas de consumo de corriente eléctrica de una de las bombas de refuerzo de combustible con la cantidad de queroseno en un tanque nodriza y un tercer coeficiente de determinación determinado entre las medidas de consumo de corriente eléctrica de la bomba de refuerzo de combustible considerada con la cantidad de queroseno en el tanque principal. Si el segundo coeficiente de determinación es mayor o igual a 0,7 y el tercer coeficiente de determinación es mayor o igual a 0,6, entonces la bomba de refuerzo de combustible para la que se realizaron estas determinaciones no sufre un mal funcionamiento. En el caso contrario, la bomba en cuestión está defectuosa y se emite un aviso de mal funcionamiento (figuras 3 y 4).
Si el valor absoluto de la constante “b”, de la línea de regresión establecida para el primer parámetro de funcionamiento del primer equipo y el del segundo equipo, para un ciclo de funcionamiento, o parte de este ciclo, u de otros ciclos, o partes de ciclos de funcionamiento es mayor que el valor determinado, esto no significa que uno de los dos equipos redundantes esté defectuoso. En efecto, los dos equipos redundantes pueden tener un funcionamiento asimétrico, o de manera desplazada, sin ser objeto de un mal funcionamiento. Para evaluar esto, el método comprende una etapa de evaluación del “ruido” del o de los equipos redundantes. Para ello, se determinan las variaciones de las medidas del primer parámetro y se comparan con un valor promedio determinado, o intervalo determinado de valores promedios límites, para uno o más ciclos de funcionamiento en ausencia de mal funcionamiento, el ruido se representa entonces por las desviaciones estándar del primer parámetro con respecto al valor promedio de las medidas. Si una o más desviaciones estándar son mayores que el valor, o intervalo, determinado previamente para uno o más ciclos sin mal funcionamiento de los equipos redundantes, entonces se considera que el equipo tiene mucho ruido y sufre de un mal funcionamiento; se emite entonces un aviso que indica un mal funcionamiento de dicho y/o dichos equipos para que se lleve a cabo el mantenimiento o el reemplazo. Si las desviaciones estándar son menores que este valor predeterminado, o intervalo de valores, entonces se lleva a cabo una detección de frentes ascendentes, de su número y de su intensidad, en los valores medidos para el primer parámetro, con el fin de identificar picos de valor, sobresaltos, en las medidas del primer parámetro de funcionamiento. Si hay frentes ascendentes, el equipo evaluado se considera entonces y se indica mediante un aviso como en mal funcionamiento, para que se realice un mantenimiento o reemplazo, mientras que, si no hay frentes ascendentes, el equipo se considera y se indica mediante una alerta teniendo una función normal.
En el ejemplo de una bomba de refuerzo de combustible para aeronave, si el valor de la constante “b” de la línea de regresión del primer parámetro de funcionamiento de los dos equipos redundantes para un ciclo, o partes de ciclos, o ciclos o partes de ciclos de funcionamiento, es mayor que “3”, se determina el ruido de funcionamiento del equipo evaluado (figura 5). Si la desviación estándar de uno o más valores del primer parámetro de funcionamiento es mayor que 0,1, se avisa entonces que la bomba es defectuosa. Si esta última está comprendida entre 0,08 y 0,1, sin presencia de picos de valor, entonces la bomba está funcionando normalmente, y se mencionará como tal, mientras que en presencia de picos de valor, por ejemplo picos de intensidad de corriente eléctrica mayores que 150 mA con un densidad de aparición promedia sobre 20 vuelos mayor que 1,6, entonces se informa que la bomba es defectuosa (figura 6).
Preferiblemente, las etapas del método según la invención se llevan a cabo de manera secuencial, es decir, que los resultados de la evaluación del primer coeficiente de determinación, en particular la emisión del primera aviso que menciona el mal funcionamiento o la ausencia de mal funcionamiento, inicia, o no, la realización de las etapas adicionales. Sin embargo, puede ser ventajoso realizar cada etapa del método según la invención para cada ciclo de un número determinado de ciclos de funcionamiento, y si, para esta multitud de ciclos de funcionamiento, por ejemplo cuarenta o cincuenta, se considera el equipo evaluado defectuoso en más de la mitad de los casos, entonces se considera que debe ser reemplazado, y será reemplazado.
Preferiblemente, la evolución del o de los parámetros de funcionamiento de los equipos redundantes a lo largo del tiempo, en particular de uno o más ciclos o partes de un ciclo de funcionamiento y/o los coeficientes de determinación, eventualmente también los diversos umbrales y valores determinados o valor promedio, pueden representarse en forma de gráfico.
El o los avisos pueden ser de cualquier tipo, visual y/o sonoro. Preferiblemente están destinados a terceros que tienen que decidir y/o realizar el mantenimiento del conjunto que comprende los equipos redundantes; sin embargo, también se puede considerar que el operador u operadores del conjunto en cuestión también puedan tener acceso o ser destinatarios de estos avisos.
El método según la invención se lleva a cabo mediante uno o más dispositivos o sistemas para predecir una anomalía de funcionamiento de uno o más equipos de un conjunto fijo o móvil, formando parte integrante, o no, dicho o dichos dispositivos o sistemas del conjunto fijo o móvil, y que comprende medios materiales y/o software que permiten la realización de todo o parte de las etapas del método de la invención. Preferentemente, se trata de un dispositivo o sistema distante del conjunto considerado; comprende entonces medios de comunicación con el conjunto de los dos equipos redundantes, y eventualmente también con la entidad que debe realizar el mantenimiento de los equipos del conjunto. Preferentemente, comprende también medios de recogida de medidas del o de los parámetros monitorizados y registrados, y medios de visualización de los diferentes coeficientes de determinación, para todo o parte de uno o varios ciclos de funcionamiento del conjunto.
Claims (14)
1. Un método para predecir una anomalía de funcionamiento de uno o varios equipos de un conjunto, comprendiendo dicho método las siguientes etapas:
- escoger un conjunto, que tiene al menos un ciclo de funcionamiento, y que comprende una o varias series de equipos que comprenden al menos un primer y un segundo equipo que funcionan ambos en paralelo, y sustancialmente de la misma manera, comprendiendo cada equipo un primer parámetro de funcionamiento o en al menos un primer, un segundo y un tercer parámetro de funcionamiento, evolucionando cada parámetro con el tiempo de manera similar entre dicho primer y dicho segundo equipo,
- registrar y almacenar medidas a lo largo del tiempo de dicho primero o dichos parámetros para dicho primer y dicho segundo equipo, para uno o varios ciclos de funcionamiento, o una o varias partes de dicho o dichos ciclos,
- recoger dichas medidas durante, o después de la finalización, de uno o varios ciclos de funcionamiento, o de una o varias partes de dicho o dichos ciclos,
- tratar dichas medidas recogidas, a fin de detectar un posible mal funcionamiento de dicho primer y/o segundo equipo, estableciendo un primer coeficiente de determinación entre las medidas del primer parámetro de dicho primer equipo y las medidas del primero parámetro de dicho segundo equipo,
- sí, para uno o varios ciclos de funcionamiento, o una o varias partes de dicho o dichos ciclos, dicho primer coeficiente de determinación es menor que un primer umbral determinado, emitir un aviso que indica el mal funcionamiento del o de dichos primer y/o segundo equipos, y/o iniciar etapas adicionales de dicho método, y preferentemente, si dicho primer coeficiente de determinación es mayor o igual a dicho primer umbral, emitir un aviso que indica una ausencia de mal funcionamiento de dicho o dichos primer y/o segundo equipos, y/o ajustar dicho primer umbral en función de dicho primer coeficiente de determinación.
2. El método según la reivindicación 1, que comprende además la selección previa de la o de las series de primer y segundo equipo del conjunto y/o del primer parámetro de funcionamiento de dicho primer o dicho segundo equipo.
3. El método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, que comprende además las siguientes etapas:
- determinar una ecuación de regresión lineal, del tipo y = ax b, entre el primer parámetro de funcionamiento del primer equipo y el primer parámetro de funcionamiento del segundo equipo para uno o varios ciclos de funcionamiento, o una o varias partes de dicho o dichos ciclos, y determinar el valor absoluto de la constante “b” de dicha ecuación,
- si dicho valor absoluto es menor o igual a un valor determinado, establecer, para el primer y/o el segundo equipo, para dicho o dichos ciclos de funcionamiento, o parte o partes de dicho o dichos ciclos, un segundo coeficiente de determinación entre dicho primer parámetro de funcionamiento y el segundo parámetro de funcionamiento, y un tercer coeficiente de determinación entre dicho primer parámetro de funcionamiento y el tercer parámetro de funcionamiento, y si dichos segundo y tercer coeficientes de determinación son mayores o iguales a un segundo y un tercer umbral, respectivamente, emitir un aviso que indica la ausencia de mal funcionamiento y/o ajustar dichos segundo y tercer umbrales en función de dichos segundo y tercer coeficientes de determinación,
- si dicho valor absoluto es mayor que dicho valor determinado, evaluar un ruido de funcionamiento del primer y/o del segundo equipo,
- si dicho ruido es mayor que un intervalo determinado de valores, emitir un aviso de mal funcionamiento de dicho o dichos equipos,
- si dicho ruido está comprendido en dicho intervalo determinado, sin la presencia de picos de valor del primer parámetro de funcionamiento, emitir un aviso que indica la ausencia de mal funcionamiento y/o ajustar dicho intervalo determinado de valores para dicho ruido de funcionamiento,
- si dicho ruido está comprendido en un intervalo de valores determinado, en presencia de picos de valor del primer parámetro de funcionamiento, emitir un aviso que indica un mal funcionamiento de dicho o dichos equipos.
4. El método según la reivindicación anterior, en el que la etapa de determinar el ruido de funcionamiento del primer y/o del segundo equipo se lleva a cabo determinando las desviaciones estándar de las medidas del primer parámetro de funcionamiento con respecto a la media de dichas medidas sobre uno o varios ciclos de funcionamiento, o una o varias partes de dicho o dichos ciclos de funcionamiento, y comparando dichas desviaciones estándar con un intervalo determinado de valores promedios límites.
5. El método según una cualquiera de las reivindicaciones 3 o 4, en el que el segundo y el tercer parámetro se escogen de parámetros de funcionamiento del primer y del segundo equipo, diferentes del primer parámetro de funcionamiento, siendo dichos otros parámetros uno o varios parámetros que influyen directamente en el funcionamiento de dicho primer y/o dicho segundo equipo, uno o varios parámetros de funcionamiento de uno o varios otros equipos del conjunto, o una combinación de los mismos.
6. El método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, en el que el primer umbral del primer coeficiente de determinación se determina durante uno o varios ciclos de funcionamiento del conjunto, o de la o las partes de dicho o dichos ciclos, en los que no se ha detectado ningún mal funcionamiento del primer y/o del segundo equipo.
7. El método según una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 6, en el que el segundo umbral del segundo coeficiente de determinación y/o el tercer umbral del tercer coeficiente de determinación y/o el valor absoluto de la constante de la ecuación de regresión lineal se determina o se determinan durante uno o varios ciclos de funcionamiento del conjunto, o una o varias partes de dicho o dichos ciclos, en los que no se ha detectado ningún mal funcionamiento del primer y/o del segundo equipo.
8. El método según la reivindicación 4, en el que el intervalo determinado de valores promedios límite de las desviaciones estándar de las medidas del primer parámetro se determina durante uno o varios ciclos de funcionamiento del conjunto, o una o varias partes de dicho o dichos ciclos, en el o los que no se ha detectado ningún mal funcionamiento del primer y/o segundo equipo.
9. El método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 o 3, que comprende además una o varias representaciones gráficas, en función del o de los ciclos de funcionamiento, o partes de dichos ciclos, de las medidas del primer parámetro de funcionamiento del primer y/o del segundo equipo, y/o del primer coeficiente de determinación, o de dicho primer parámetro de funcionamiento, de dicho primer coeficiente de determinación y de dicho segundo y/o tercer parámetro y/o del primero y/o segundo y/o tercer coeficiente de determinación y/o de los picos de valores en las medidas de dicho primer parámetro.
10. El método según la reivindicación 1, que comprende además una o varias representaciones gráficas, en función de los ciclos de funcionamiento, o partes de dicho o dichos ciclos, de las medidas del primer parámetro de funcionamiento del primer y/o del segundo equipo y/o del primer coeficiente de determinación y/o de los picos de valores en las medidas de dicho primer parámetro.
11. El método según la reivindicación 3, que comprende además una o varias representaciones gráficas, en función del o de los ciclos de funcionamiento, o partes de dicho o dichos ciclos, de las medidas del primer parámetro de funcionamiento del primer y/o del segundo equipo, del primer coeficiente de determinación y del segundo y/o del tercer parámetro y/o del primer y/o del segundo y/o del tercer coeficiente de determinación y/o de los picos de valores en las medidas de dicho primer parámetro.
12. Método según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el conjunto se escoge de una aeronave, un coche, un autobús, un camión, una locomotora, un barco, un buque o una nave espacial, autónoma o no, y el primer y el segundo equipo son máquinas giratorias.
13. El método según la reivindicación anterior, en el que el conjunto es una aeronave, el primer y segundo equipo son las bombas de refuerzo de combustible de uno o varios motores, el primer parámetro de funcionamiento de dichas bombas de refuerzo de combustible es la corriente eléctrica consumida por cada bomba de refuerzo de combustible, el segundo parámetro es la cantidad media de combustible medida en un tanque nodriza, y el tercer parámetro es la cantidad media de combustible medida en el tanque principal.
14. Un método de mantenimiento de un conjunto que comprende una o varias series de equipos que comprenden al menos un primer y un segundo equipo que funcionan ambos en paralelo y sustancialmente de la misma manera, usando dicho método el método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores.
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