IT202000029471A1 - Sistema di monitoraggio e manutenzione predittiva dello stato di usura di componenti meccanici e metodo di funzionamento relativo. - Google Patents

Description

Sistema di monitoraggio e manutenzione predittiva dello stato di usura di componenti meccanici e metodo di funzionamento relativo.

La presente invenzione riguarda un sistema di monitoraggio e manutenzione predittiva dello stato di usura di componenti meccanici, in particolare di veicoli ferroviari rotabili.

Pi? dettagliatamente, l?invenzione concerne un sistema del tipo detto, studiato e realizzato in particolare per monitorare lo stato di usura ed effettuare una manutenzione predittiva dei componenti meccanici che determinano la dinamica di veicolo di un rotabile, in particolare di un veicolo ferroviario, ma che pu? essere usato per qualsiasi veicolo comprendente componenti meccaniche, di cui sia necessaria la valutazione dello stato di usura.

Nel seguito la descrizione sar? rivolta al monitoraggio dello stato di usura di componenti meccanici di veicoli ferroviari, ma ? ben evidente come la stessa non debba essere considerata limitata a questo impiego specifico.

Com?? ben noto attualmente vengono impiegate diverse metodologie per la manutenzione di veicoli.

Un modello noto, conosciuto come model based, si basa sulla schematizzazione del modello reale in un modello matematico utilizzando delle equazioni differenziali in modo tale che il sistema reale e quello simulato rispondano allo stesso modo alle sollecitazioni esterne.

Questo metodo permette la valutazione del sistema fisico attraverso il confronto tra i due modelli e l?analisi del discostamento tra i risultati ottenuti e quelli attesi, ricavati dalla simulazione.

Uno svantaggio del model based ? dovuto al fatto che ? necessario provvedere alla scrittura delle equazioni differenziali che meglio approssimano il sistema in quanto un sistema complesso pu? avere molte variabili che rendono il sistema fortemente non lineare.

Un ulteriore modello, noto come rules based, ? basato su delle regole o delle condizioni attraverso le quali si descrive il funzionamento del sistema, e presuppone una profonda conoscenza del sistema e delle sue caratteristiche di progetto.

Questo metodo, per quanto concettualmente semplice, diventa non banale nella pratica in quanto prevede un sistema molto stabile e nel caso di molte variabili e condizioni le regole diventano troppe e non semplici da gestire.

Un ulteriore modello, noto come case based, ? basato sull?analisi delle condizioni del sistema rispetto alle quali si identifica lo stato di funzionamento, presuppone un elevato numero di dati accumulati nel tempo, e relativi alle varie condizioni di funzionamento che vengono processati e presi come riferimento.

Il sistema ? utile nel caso in cui i casi mappati siano tanti e coprono tutto o buona parte del range di funzionamento del sistema, quest?ultimo deve essere stabile in modo da poter lavorare con le interpolazioni tra i casi presenti nel data base, in condizioni diverse da quelle prescritte bisogna essere prudenti nell?applicare il modello.

Ancora un altro modello, noto come pattern recognition, ? basato su andamenti di degrado consolidati nel tempo, rappresentati da grafici, che riproducono lo stato di degrado delle caratteristiche monitorate e viene fissato un punto oltre il quale si deve intervenire andando a sostituire il componente prima che la curva arrivi alla fine della vita utile del componente.

Per poter applicare questo metodo, ? necessario aver testato e convalidato le curve di degrado attraverso esperimenti e misurazioni precise sul generico sistema in quanto in base al calcolo della curva si fissano i tempi di manutenzione.

Appare evidente come ognuno di questi modelli e sistemi noti presentino degli svantaggi, come sopra descritto.

Alla luce di quanto sopra, ?, pertanto, scopo della presente invenzione quello di fornire un sistema per il monitoraggio della dinamica del veicolo ferroviario a cui si applica, per la rilevazione dello stato di usura di componenti meccanici, e che sia in grado di applicare anche contemporaneamente almeno tutti e quattro i precedenti modelli valutando anche pochi elementi essenziali, in modo da essere affidabile.

Ulteriore scopo della presente invenzione ? quello di fornire gli strumenti necessari alla esecuzione del metodo e gli apparati che eseguono tale metodo.

Forma pertanto oggetto specifico della presente invenzione un sistema di monitoraggio e manutenzione predittiva dello stato di usura di componenti meccanici di un veicolo rotabile, deputati alla dinamica di marcia, del tipo comprendente una cassa, due assili, un telaio carrello e sospensioni, comprendente una unit? logica di controllo comprendente un programma di elaborazione di segnali, almeno una pluralit? di sensori, collocabili su detti cassa, assili, telaio carrello e sospensioni, in grado di rilevare dati di funzionamento di detto veicolo rotabile ed inviare segnali corrispondenti a detta unit? logica di controllo, detto programma essendo in grado di elaborare detti segnali in modo da estrarre dei dati caratteristici reali di detti componenti meccanici di detto veicolo rotabile, confrontare in tempo reale detti dati caratteristici reali con valori teorici nominali, emettere un segnale di allarme se il risultato di detto confronto ? fuori da un intervallo di valori predeterminato.

Ulteriormente secondo l?invenzione, detto programma comprende un sistema di equazioni differenziali in grado di calcolare un modello atteso di funzionamento di detti componenti meccanici, a partire da detti valori nominali, calcolare un modello reale di funzionamento di detti componenti meccanici, a partire da detti dati caratteristici reali, confrontare detto modello reale con detto modello atteso, calcolare il discostamento tra il modello reale ed il modello atteso, confrontare il discostamento con un intervallo di valori predeterminato.

Preferibilmente secondo l?invenzione, detta pluralit? di sensori comprende accelerometri, inclinometri, giroscopi ed encoder.

Ancora secondo l?invenzione, detti dati di funzionamento rilevati sono vibrazioni, accelerometria triassiale, giroscopia triassiale, inclinometria triassiale, velocit? e distanza percorsa da detto rotabile.

Sempre secondo l?invenzione, detto sistema pu? comprendere un dispositivo di acquisizione di dati in grado di ricevere detti segnali rilevati da detta pluralit? di sensori e di digitalizzare e convertire detti segnali.

Ulteriormente secondo l?invenzione, detto sistema pu? comprendere un dispositivo di gestione della manutenzione predittiva di detto veicolo rotabile, in grado di ricevere detto segnale di allarme e di attivare operazioni di manutenzione.

Preferibilmente secondo l?invenzione, detto sistema pu? comprendere un sistema di recupero energetico in grado di prelevare energia di tipo vibrazionale, e/o acustico, e/o elettromagnetico, e/o solare, e/o fotovoltaico, e/o eolico e/o micro-eolico e di convertirla in energia elettrica.

Forma ulteriormente oggetto della presente invenzione un metodo di funzionamento di un sistema di monitoraggio e manutenzione predittiva dello stato di usura di componenti meccanici di un veicolo rotabile del tipo comprendente una cassa, due assili, un telaio carrello e sospensioni, comprendente le seguenti fasi:

a. rilevare dati di funzionamento di detto veicolo rotabile ed inviare segnali corrispondenti a detta unit? logica di controllo;

b. effettuare una pre-elaborazione su detti segnali, come digitalizzazione e conversione;

c. elaborare detti segnali per estrarre dati caratteristici reali di detti componenti meccanici di detto veicolo rotabile;

d. confrontare in tempo reale detti dati caratteristici reali con valori nominali di detti componenti meccanici;

e. verificare se il risultato di detto confronto rientra in un intervallo di valori predeterminato;

f. emettere un segnale di allarme se il risultato di detto confronto ? fuori detto intervallo di valori predeterminato;

g. memorizzare detti segnali pre-elaborati e detti dati confrontati in detta fase d.

Ulteriormente secondo l?invenzione, detto metodo pu? comprendere la seguente fase:

h. stimare l?intervallo di tempo in cui il componente meccanico oggetto di monitoraggio possa transitare in una condizione di anomalia, in maniera da gestire su base predittiva le attivit? manutentive relative ad esso.

La presente invenzione verr? ora descritta a titolo illustrativo ma non limitativo, secondo le sue preferite forme di realizzazione, con particolare riferimento alle figure dei disegni allegati, in cui: la figura 1 mostra uno schema a blocchi del sistema di monitoraggio e manutenzione predittiva dello stato di usura di componenti meccanici, oggetto della presente invenzione;

la figura 2 mostra una vista schematica dell?installazione del sistema oggetto della presente invenzione, su un veicolo;

la figura 3 mostra una vista schematica del veicolo;

la figura 4 mostra una vista dall?alto dei componenti del veicolo di figura 3, sul quale ? installato il sistema;

la figura 5 mostra una vista schematica di una porzione del veicolo di figura 3;

la figura 6 mostra un diagramma a blocchi del metodo di funzionamento del sistema oggetto della presente invenzione;

la figura 7 mostra una vista schematica dall?alto dei componenti mostrati in figura 4;

la figura 8 mostra una vista schematica di una parte dei componenti mostrati in figura 7; e

la figura 9 mostra un diagramma di flusso del metodo di funzionamento del sistema oggetto della presente invenzione.

Nelle varie figure le parti simili verranno indicate con gli stessi riferimenti numerici.

Facendo riferimento alle figure 2, 3, 4, 5 e 7, preliminarmente si descrive la struttura di un rotabile R, sul quale detto sistema viene installato.

Un rotabile R ? costituito generalmente da sette masse, una cassa, due telai carrelli e quattro assili o sale.

La cassa C ? l?involucro esterno del rotabile R che contiene cose e/o persone.

Ciascuna massa ? accoppiata alle altre tramite sospensioni con opportuni smorzamenti e/o rigidezze.

Gli assili A sono collegati con il telaio carrello T tramite la sospensione primaria D1, mentre il telaio carrello T ? collegato alla cassa C tramite la sospensione secondaria D2.

Il telaio carrello T ? l?ossatura del rotabile R ed ? costituito da due longheroni collegati da traverse.

Gli assili A poggiano con le ruote sulla linea ferrata.

Facendo riferimento alla figura 1, il sistema S di monitoraggio e manutenzione predittiva dello stato di usura di componenti meccanici, oggetto della presente invenzione, comprende essenzialmente una pluralit? di sensori 1, un dispositivo di acquisizione di dati 2, una unit? logica di controllo U ed un dispositivo di gestione della manutenzione 3.

Il sistema S viene alimentato da un ulteriore sistema di recupero energetico SE, come verr? descritto in dettaglio in seguito.

Il sistema S ? in grado di monitorare lo stato di usura dei componenti che influenzano la dinamica di veicolo di un rotabile R e di predire la necessit? di sostituire un componente.

Attraverso l?analisi del moto e di come esso ? influenzato dallo stato di un componente, il sistema S riconosce quale componente si sta usurando e in che misura in modo da intervenire tempestivamente alla sostituzione o alla manutenzione di quest?ultimo o non intervenire affatto se nonostante la fine della vita utile teorica del componente esso ? ancora in buone condizioni.

Detta pluralit? di sensori 1 viene installata su detto rotabile R.

In particolare, quattro sensori vengono installati sulle quattro boccole, quindi un primo sensore 11 su una prima boccola, un secondo sensore 12 su una seconda boccola, un terzo sensore 13 su una terza boccola ed un quarto sensore 14 su una quarta boccola.

Altri due sensori vengono installati sulla mezzeria degli assili A, in particolare un quinto sensore 15 su un assile A ed un sesto sensore 16 su un altro assile A.

Un settimo sensore 17 viene installato sulla cassa C.

Detta pluralit? di sensori 1 comprende accelerometri, inclinometri, giroscopi ed un encoder, ed ? in grado di rilevare i segnali quali vibrazioni, accelerometria triassiale, giroscopia triassiale, inclinometria triassiale, velocit? e distanza percorsa.

In particolare, vengono rilevati: l?accelerazione, la velocit?, gli spostamenti lungo gli assi X, Y, Z misurati nel baricentro degli assili A, del telaio carrello T e della cassa C.

In particolare, il primo asse X ? la direzione di marcia del rotabile R lungo i binari, con verso concorde all?avanzamento, il secondo asse Y ? perpendicolare ai binari, quindi a detto primo asse X, il terzo asse Z ? ortogonale al piano passante per detti primo X e secondo Y asse, in modo da formare una terna levogira.

La velocit? e gli spostamenti vengono calcolali integrando l?accelerazione e filtrando per eliminare gli errori.

Viene inoltre misurata la giroscopia in rad/s attorno agli assi di rotazione attorno al baricentro della sala montata, del telaio carrello T e della cassa e la velocit? del rotabile R in m/s.

I segnali sono impulsi o variazioni di tensione. Detto dispositivo di acquisizione di dati 2 ? un microcontrollore o una scheda di acquisizione che ? in grado di ricevere i segnali rilevati da detta pluralit? di sensori 1 e di digitalizzare e convertire detti segnali.

Detta unit? logica di controllo U ? in grado di ricevere detti segnali digitalizzati e convertiti da detto dispositivo di acquisizione dati 2.

Detta unit? logica di controllo U ? in grado di elaborare detti segnali mediante un modello di riferimento basato sulle equazioni differenziali che definiscono il modello fisico ed il comportamento dinamico relativo, come verr? descritto in dettaglio in seguito.

Detto dispositivo di gestione della manutenzione 3 comprende essenzialmente un server manutentivo remoto e/o un cloud manutentivo, per consultazione remota, un programma o applicazione manutentiva impiegabile in dispositivi remoti come smartphone, ed una interfaccia operatore per l?esecuzione assistita dell?intervento manutentivo.

Detto sistema S viene alimentato anche da un ulteriore sistema di recupero energetico SE di tipo energetico, e/o vibrazionale, e/o acustico, e/o elettromagnetico, e/o solare, e/o fotovoltaico, e/o eolico e/o micro-eolico, come viene descritto in seguito.

Per quanto riguarda l?energia termica, l?energia prodotta o dispersa sottoforma di calore dal motore e/o dagli organi di riscaldamento o dalla generazione di calore da fenomeni di attrito e/o dispersione termica, viene trasformata in energia elettrica e accumulata per alimentare l?elettronica del sistema S.

Per quanto riguarda l?energia vibrazionale o dinamica, l?energia meccanica utilizzabile durante lo spostamento del rotabile R pu? essere impiegata per essere trasformata in energia elettrica che, una volta accumulata, pu? essere impiegata per l?alimentazione dell?elettronica del sistema S.

Per quanto riguarda l?energia acustica o elettromagnetica, l?energia relativa all?inquinamento acustico ed elettromagnetico presente a bordo treno pu? essere opportunamente convertita in energia elettrica che, una volta accumulata, pu? essere impiegata per l?alimentazione dell?elettronica di detto sistema S.

Per quanto riguarda l?energia solare, solarefotovoltaico, eolico, micro-eolico, da tutte queste fonti ? possibile recuperare sia quando il treno ? fermo, mediante fonti solari, che quando il treno ? in movimento, medianti fonti eoliche, l?energia che, opportunamente trasformata in energia elettrica, pu? essere appropriatamente accumulata impiegata per l?alimentazione dell?elettronica del sistema S.

L?energia viene accumulata mediante l?utilizzo di una batteria, o in alcuni casi da almeno un supercondensatore, viene poi diramata verso tutti i dispositivi elettronici del sistema S.

Questo consente una continuit? alle misurazioni anche nei momenti in cui il sistema principale di energia, detto energy harvesting, non ? in grado di alimentare il sistema S in modo diretto.

Il funzionamento del sistema S di monitoraggio e manutenzione predittiva dello stato di usura di componenti meccanici sopra descritto si svolge nel modo seguente.

In una prima fase, detta pluralit? di sensori 1 acquisisce i segnali sopra descritti.

In una seconda fase, detti segnali vengono preprocessati da detto dispositivo di acquisizione dati 2.

In questa fase vengono eliminati eventuali errori dovuti alla non perfetta installazione dei sensori 1 o a limiti installativi, come ad esempio considerare l?eccentricit? dal baricentro, oppure applicare il teorema del trasporto per trasferire una forza calcolata su un punto diverso da quello ottimale perch? l?installazione del sensore 1 ? risultata impossibile, per mancanza di spazio o perch? fisicamente impossibile, ad esempio se il baricentro ? all?interno della sala montata, e infine eliminazione del rumore e dei disturbi, attraverso filtri digitali o coefficienti di correzione.

I dati sono: accelerazione, velocit? e spostamenti lungo detti primo X, secondo Y e terzo Z asse, misurati nel baricentro degli assili A, del telaio carrello T e della cassa C, giroscopia in rad/s attorno agli assi di rotazione attorno al baricentro della sala montata, telaio carrello T e cassa C, velocit? del veicolo in m/s.

Velocit? e spostamenti non sono parametri misurati direttamente, ma sono calcolati dall?integrazione dell?accelerazione e filtrati per compensare possibili errori.

I dati vengono memorizzati per un determinato istante di tempo o spazio per cui l?integrazione effettuata per ottenere gli spostamenti pu? avvenire in due modalit? differenti in base alla forma di acquisizione adottata, ad esempio acquisizione in base al tempo o acquisizione in base alla distanza percorsa dal rotabile R.

Per l?acquisizione in base al tempo, i dati vengono raccolti a intervalli costanti, ad esempio ogni 8 millisecondi, mentre in base alla distanza percorsa il tempo non ? costante e gli spostamenti sono ottenuti integrando volta per volta rispetto al valore del tempo che ne risulta dallo spostamento, ad esempio ogni cm si acquisisce l?istante di tempo che quindi pu? variare in base alla velocit? a cui si sposta per cui l?integrazione avviene con un valore ottenuto in maniera indiretta.

Questa fase di acquisizione temporale viene scandita anche spazialmente mediante l?encoder e un orologio nel caso si voglia un tempo assoluto oppure il tempo pu? essere acquisito dal sistema S in maniera relativa, azzerando il timer all?accensione.

I dati di spostamento sono di due tipi.

Gli spostamenti inseriti nei dati di input sono i micro-spostamenti relativi calcolati tra un istante e l?altro di tempo degli organi del rotabile R, che vanno distinti dai dati di spostamento di tutto il rotabile R.

In una terza fase, i dati cos? elaborati vengono inviati a detta unit? logica di controllo U che comprende un programma di elaborazione.

Questo programma di elaborazione si basa su un modello di equazioni differenziali che descrivono esattamente la dinamica del rotabile R.

Per generare un modello bisogna stabilire un set di equazioni differenziali che definiscono il modello fisico e il comportamento dinamico relativo.

Si procede misurando le accelerazioni che poi verranno usate come input nel sistema di equazioni differenziali inverso mentre in uscita si hanno le caratteristiche dei componenti.

Per la validazione del modello, si verifica che i parametri nominali del modello determinati mediante approccio Rules Based, coincidano con quelli ottenuti dall?inversione.

Se le caratteristiche meccaniche rilevate in uscita al sistema coincidono con quelle nominali, allora il rotabile R ha componenti ancora funzionanti, nel caso in cui invece il sistema restituisce dei valori fuori range, dove i range vengono predeterminati inizialmente, allora sar? necessario sostituire o manutenere il componente in quanto le sue caratteristiche meccaniche sono in fase di deterioramento.

Si procede per step, all?inizio si fanno delle elaborazioni ad anello chiuso in modo da determinare i parametri che caratterizzano le equazioni differenziali, e che danno luogo al modello ottimo di riferimento, oltre che a verificare la bont? delle equazioni differenziali e della sua inversione, ovvero, prese le caratteristiche nominali, si risolve il sistema di equazioni diretto, con determinazione dei parametri caratteristici mediante approccio Rules Based, e si valutano i valori in uscita, controllando che siano dei risultati accettabili, oppure se possibile si possono confrontare i risultati teorici prodotti dal modello ottimo direttamente con i dati reali misurati dal sistema.

Si passa poi all?inversione del sistema, prendendo come input i valori in uscita dal sistema diretto ed inserendoli nel sistema inverso, bisogna ottenere in uscita gli input di partenza.

Questo consente di verificare le equazioni differenziali che descrivono il sistema ed ? successivamente possibile inserirle in un modello ad anello aperto che, misurando i valori reali della dinamica del rotabile R, come l?accelerazione, la giroscopia, la velocit?, restituisce mediante elaborazioni concorrenti in tempo reale le caratteristiche dei componenti.

Pertanto, si analizza in tempo reale la differenza tra comportamento reale del sistema e quello atteso determinato attraverso il modello ottimo, come mostrato in figura 6, e viene definita la soglia di distacco oltre la quale intervenire con un intervento manutentivo diretto, su condizione.

? possibile, anche stimare il tempo di vita rimanente del componente fisico, ossia eseguire una predizione, basando tale risultato mediante un approccio su ?pattern? di degrado, ottenuti dalla differenza nel tempo tra comportamento teorico del sistema ottenuto dal modello ottimo e comportamento reale misurato dal sistema, secondo quanto indicato in Figura 6, dove l?elemento elaborativo di supporto alle decisioni (DSS) stima tale tempo.

In base al dato che si intende monitorare, queste equazioni vengono invertite in funzione del parametro, dopodich? si risolve il sistema inserendo i dati di input, in particolare gli spostamenti e la velocit? del rotabile R.

Parallelamente i risultati della simulazione vengono confrontati con la soluzione delle equazioni in cui sono stati inseriti invece gli spostamenti che avrebbe dovuto avere il rotabile R in condizioni ideali.

Le equazioni differenziali sono state scritte considerando il sistema di riferimento X, Y, Z descritto in precedenza.

Si riportano di seguito i simboli usati nelle equazioni:

1 ) yw1 : Spostamento trasversale della sala montata anteriore;

2 ) ?w1: Rotazione intorno all 'asse verticale della sala montata anteriore;

3 ) yw2 : Spostamento trasversale della sala montata posteriore ;

4 ) xpw2 : Rotazione intorno all 'asse verticale della sala montata posteriore;

5 ) yb : Spostamento trasversale del telaio del carrello T; 6 ) ?b : Rotazione intorno all'asse verticale del telaio del carrello T;

7 ) yb, d : Spostamento trasversale della cassa C .

Nella tabella seguente sono riportati tutti i parametri del modello per poter elaborare le equazioni differenziali.

Queste costanti possono variare a seconda delle equazioni della dinamica utilizzate poich? ogni rotabile R ha la sua dinamica, alcune costanti possono mancare, ad esempio se manca una sospensione, tale valore ? nullo.

Le equazioni della dinamica generali, che valgono per qualsiasi rotabile R vengono riportate di seguito, e possono essere modificate di volta in volta per un qualsiasi altro rotabile R, cambiando i valori che caratterizzano il rotabile R considerato, ossia rigidezze, masse, smorzamenti e simili.

Da questo modello si possono ottenere le varie personalizzazioni, a titolo di esempio si riporta l?applicazione su un mezzo d?opera privo di sospensione secondaria D2, il sistema di equazione diventa:

Oltre ai parametri mancanti, cambiano anche i valori delle caratteristiche meccaniche dei componenti e nella fattispecie il sistema di equazioni differenziali si semplifica e risulta possibile invertire le equazioni e ritrovare i parametri da andare a confrontare con i valori target, si riportano di seguito le inversioni del sistema di equazione differenziale:

In una quarta fase, viene validata la simulazione. Si confrontano le due simulazioni in valore assoluto, la differenza dei valori istante per istante ovvero il ?delta? ossia lo scostamento, se il delta delle due simulazioni ? basso vuol dire che la differenza tra il sistema reale e quello ideale o atteso ? minima, il sistema si sta comportando correttamente e non si rilevano anomalie riguardanti quel parametro, diversamente se il delta delle due simulazioni ? alto la differenza indica che c?? un?anomalia su quel parametro, ? possibile anche determinare l?entit? della variazione

I dati di uscita del modello sono quindi:

- valore del parametro invertito;

- delta o scostamento delle simulazioni.

E? possibile valutare qualsiasi parametro contenuto nelle equazioni, se sono invertibili, alcuni di questi sono:

- angolo gamma (conicit?);

- rigidezza delle Molle (k);

- smorzamento (r);

- raggio della ruota;

- abbassamento delle sospensioni.

Altri parametri possono essere valutati indirettamente a partire da questi, come:

- usura della ruota

- usura del bordino.

Anche in questo caso i dati di output vengono memorizzati in memoria insieme alle altre acquisizioni.

Quando l?entit? dell?anomalia supera una determinata soglia si attiva un alert che invia un segnale a detto dispositivo di gestione della manutenzione 3.

Detto dispositivo di gestione della manutenzione 3 ? in grado di inviare un segnale di allarme in modo da attivare la manutenzione.

In particolare, viene effettuata una prenotazione al magazzino delle parti di ricambio necessarie per l?intervento manutentivo, altrimenti viene gestita la procedura automatizzata di acquisto, viene fissato un tempo per eseguire l?intervento manutentivo, viene allertato il personale manutentivo abilitato/certificato ad eseguire l?intervento manutentivo, vengono prenotate le attrezzature necessarie all?intervento manutentivo, e vengono impiegati strumenti di realt? aumentata per fornire supporto all?esecuzione dell?intervento.

Come ? evidente dalla descrizione sopra riportata, i vantaggi del sistema oggetto della presente invenzione sono molteplici, ad esempio, la vicinanza dell?elaborazione alla fonte generatrice di dati, in quanto eseguita direttamente a bordo del rotabile R, la trasmissione delle sole informazioni connesse all?anomalia rilevata, con enorme riduzione della quantit? di dati da trasmettere verso apparati di memorizzazione ed elaborazione remoti, tempi ridotti di rilevazione dell?anomalia, early warning immediato, grazie all?elaborazione concorrente/in tempo reale, durante la marcia del rotabile, con comunicazione diretta al gestore della manutenzione, senza passare attraverso gli attuali stadi intermedi, elaborativi ed operativi/gestionali, aggiuntivi, la predizione della condizione di guasto di apparati, la correlazione automatica delle anomalie rilevate direttamente all?intervento manutentivo, senza ulteriori step operativi/gestionali aggiuntivi, la correlazione automatica delle anomalie rilevate a bordo treno ad eventuali cause dipendenti/indotte dallo stato dell?infrastruttura, la gestione delle informazioni connesse ai guasti per la validazione dei parametri.

Questo consente la riduzione dei fermi macchina, l?ottimizzazione delle scorte di magazzino e della gestione del personale manutentivo e la riduzione dei costi di gestione della manutenzione dovuti ad interventi eseguiti dopo il verificarsi della condizione di guasto.

La presente invenzione ? stata descritta a titolo illustrativo, ma non limitativo, secondo le sue forme preferite di realizzazione, ma ? da intendersi che variazioni e/o modifiche potranno essere apportate dagli esperti del ramo senza per questo uscire dal relativo ambito di protezione, come definito dalle rivendicazioni allegate.

Claims (9)

RIVENDICAZIONI

1. Sistema (S) di monitoraggio e manutenzione predittiva dello stato di usura di componenti meccanici di un veicolo rotabile (R), deputati alla dinamica di marcia, del tipo comprendente una cassa (C), due assili (A), un telaio carrello (T) e sospensioni (D1, D2), comprendente:

una unit? logica di controllo (U) comprendente un programma di elaborazione di segnali,

almeno una pluralit? di sensori (1), collocabili su detti cassa (C), assili (A), telaio carrello (T) e sospensioni (D1, D2), in grado di rilevare dati di funzionamento di detto veicolo rotabile (R) ed inviare segnali corrispondenti a detta unit? logica di controllo (U),

detto sistema (S) essendo caratterizzato dal fatto che detto programma ? in grado di

elaborare detti segnali in modo da estrarre dei dati caratteristici reali di detti componenti meccanici di detto veicolo rotabile (R),

confrontare in tempo reale detti dati caratteristici reali con valori teorici nominali, emettere un segnale di allarme se il risultato di detto confronto ? fuori da un intervallo di valori predeterminato.

2. Sistema (S) secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che detto programma comprende un sistema di equazioni differenziali in grado di

calcolare un modello atteso di funzionamento di detti componenti meccanici, a partire da detti valori nominali,

calcolare un modello reale di funzionamento di detti componenti meccanici, a partire da detti dati caratteristici reali,

confrontare detto modello reale con detto modello atteso,

calcolare il discostamento tra il modello reale ed il modello atteso,

confrontare il discostamento con un intervallo di valori predeterminato.

3. Sistema (S) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta pluralit? di sensori (1) comprende accelerometri, inclinometri, giroscopi ed encoder.

4. Sistema (S) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti dati di funzionamento rilevati sono vibrazioni, accelerometria triassiale, giroscopia triassiale, inclinometria triassiale, velocit? e distanza percorsa da detto rotabile (R).

5. Sistema (S) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere un dispositivo di acquisizione di dati (2) in grado di ricevere detti segnali rilevati da detta pluralit? di sensori (1) e di digitalizzare e convertire detti segnali.

6. Sistema (S) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere un dispositivo di gestione della manutenzione predittiva (3) di detto veicolo rotabile (R), in grado di ricevere detto segnale di allarme e di attivare operazioni di manutenzione.

7. Sistema (S) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere un sistema di recupero energetico in grado di prelevare energia di tipo vibrazionale, e/o acustico, e/o elettromagnetico, e/o solare, e/o fotovoltaico, e/o eolico e/o micro-eolico e di convertirla in energia elettrica.

8. Metodo di funzionamento di un sistema (S) di monitoraggio e manutenzione predittiva dello stato di usura di componenti meccanici di un veicolo rotabile (R) del tipo comprendente una cassa (C), due assili (A), un telaio carrello (T) e sospensioni (D1, D2), secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-7, caratterizzato dal fatto di comprendere le seguenti fasi:

a. rilevare dati di funzionamento di detto veicolo rotabile (R) ed inviare segnali corrispondenti a detta unit? logica di controllo (U);

b. effettuare una pre-elaborazione su detti segnali, come digitalizzazione e conversione;

c. elaborare detti segnali per estrarre dati caratteristici reali di detti componenti meccanici di detto veicolo rotabile (R);

d. confrontare in tempo reale detti dati caratteristici reali con valori nominali di detti componenti meccanici;

e. verificare se il risultato di detto confronto rientra in un intervallo di valori predeterminato;

f. emettere un segnale di allarme se il risultato di detto confronto ? fuori detto intervallo di valori predeterminato;

g. memorizzare detti segnali pre-elaborati e detti dati confrontati in detta fase d.

9. Metodo secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto di comprendere la seguente fase:

h. stimare l?intervallo di tempo in cui il componente meccanico oggetto di monitoraggio possa transitare in una condizione di anomalia, in maniera da gestire su base predittiva le attivit? manutentive relative ad esso.