La gestión integrada del estado del vehículo ( IVHM ) o la gestión integrada del estado del sistema ( ISHM ) es la capacidad unificada de los sistemas para evaluar el estado actual o futuro del estado del sistema miembro e integrar esa imagen del estado del sistema dentro de un marco de recursos disponibles y demanda operativa. [1]
Los objetivos del IVHM son permitir una mejor gestión del estado de los vehículos y de la flota de vehículos.
Esto se logra mediante el uso correcto de sistemas confiables de detección y pronóstico para monitorear el estado de las piezas y también utilizando datos de uso para ayudar a comprender la carga experimentada y la probable carga futura del vehículo.
Se ha sugerido que IVHM como concepto con nombre existe desde la década de 1970. [2] Sin embargo, no parece haber mucha evidencia escrita de esto. IVHM como concepto surgió de métodos populares de mantenimiento de aviación. Era el siguiente paso natural del mantenimiento basado en la condición. A medida que los sensores mejoraron y nuestra comprensión de los sistemas involucrados aumentó, fue posible no solo detectar fallas sino también predecirlas. El elevado coste unitario y el elevado coste de mantenimiento de los aviones y las naves espaciales hacían muy atractivo cualquier avance en los métodos de mantenimiento. La NASA [3] fue una de las primeras organizaciones en utilizar el nombre IVHM para describir cómo querían abordar el mantenimiento de las naves espaciales en el futuro. Crearon NASA-CR-192656, [4] en 1992 con la ayuda de General Research Corporation y Orbital Technologies Corporation. [5] Este era un documento de metas y objetivos en el que discutieron los conceptos de tecnología y mantenimiento que creían que serían necesarios para mejorar la seguridad y al mismo tiempo reducir los costos de mantenimiento en sus vehículos de próxima generación. Desde entonces, muchas empresas se han interesado en IVHM y la literatura ha aumentado sustancialmente. Actualmente existen soluciones IVHM para muchos tipos diferentes de vehículos, desde JSF hasta vehículos de transporte comercial.
La primera historia publicada de predicción de fallas en equipos de naves espaciales ocurrió en los 12 satélites del Bloque I (Fase 1) del Sistema de Posicionamiento Global Rockwell/Fuerza Aérea de EE. UU. utilizando eventos transitorios no repetibles (NRTE) y datos de filtro GPS Kalman de la Estación de Control Maestro GPS, entre 1978 y 1984 por el Gerente del Segmento Terrestre y Espacial GPS. Los NRTE se aislaron de los satélites GPS después de que el personal de apoyo a las operaciones de la misión reprodujera la telemetría satelital en tiempo real descartando el ruido de RF y de líneas terrestres causado por Eb/No o S/N deficientes y problemas de procesamiento del sistema de visualización y adquisición de datos. Los proveedores de equipos del subsistema del satélite GPS diagnosticaron los NRTE como ruido sistémico que precedió a las fallas del equipo porque, en ese momento, se creía que todas las fallas del equipo ocurrían de manera instantánea y aleatoria y, por lo tanto, no se podían predecir (por ejemplo, las fallas del equipo exhibían un comportamiento sin memoria). El gerente de ingeniería de sistemas GPS de Rockwell International ordenó que se dejara de predecir fallas en los equipos satelitales GPS en 1983, alegando que no era posible y que la compañía no tenía contrato para hacerlo. El análisis de pronóstico que se completó en la telemetría satelital GPS se publicó trimestralmente de manera contractual como CDRL para el personal de la Oficina del Programa GPS y una amplia variedad de subcontratistas de la Fuerza Aérea que trabajan en el programa GPS.
Uno de los hitos clave en la creación de IVHM para aeronaves fue la serie de estándares ARINC que permitieron a diferentes fabricantes crear equipos que funcionarían juntos y podrían enviar datos de diagnóstico desde la aeronave a la organización de mantenimiento en tierra. [6] ACARS se utiliza con frecuencia para comunicar datos operativos y de mantenimiento entre la tripulación de vuelo y la tripulación de tierra. Esto ha llevado a conceptos que se han adoptado en IVHM.
Otro hito fue la creación de sistemas de monitoreo de uso y salud (HUMS) para helicópteros que operan en apoyo de las plataformas petrolíferas en el Mar del Norte . Este es el concepto clave de que los datos de uso se pueden utilizar para ayudar en la planificación del mantenimiento. Los sistemas FOQA o Flight Data son similares a HUMS ya que monitorean el uso del vehículo. Son útiles para IVHM de la misma manera que permiten comprender a fondo el uso del vehículo, lo que ayuda en el diseño de vehículos futuros. También permite identificar y corregir cargas y usos excesivos. Por ejemplo, si un avión experimenta frecuentes aterrizajes pesados, el programa de mantenimiento del tren de aterrizaje podría cambiarse para garantizar que no se desgaste demasiado rápido debido al aumento de carga. En el futuro se podría reducir la carga transportada por el avión o se podría impartir a los operadores formación adicional para mejorar la calidad de los aterrizajes.
La naturaleza creciente de este campo llevó a Boeing [7] a establecer un centro IVHM con la Universidad de Cranfield en 2008 para actuar como un centro de investigación líder en el mundo. [8] Desde entonces, el centro IVHM ha ofrecido el primer curso de maestría IVHM del mundo y alberga a varios estudiantes de doctorado que investigan la aplicación de IVHM en diferentes campos.
IVHM se preocupa no sólo por el estado actual del vehículo sino también por su salud durante todo su ciclo de vida. IVHM examina el estado del vehículo comparándolo con los datos de uso del mismo y en el contexto de información similar para otros vehículos de la flota. Los vehículos en uso muestran características de uso únicas y también algunas características comunes en toda la flota. Cuando los datos de uso y de estado del sistema estén disponibles, estos se pueden analizar para identificar estas características. Esto es útil para la identificación de problemas exclusivos de un vehículo, así como para identificar tendencias en la degradación de vehículos en toda la flota.
IVHM es un concepto para el ciclo de vida de mantenimiento completo de un vehículo (o instalación de planta de maquinaria). Hace un uso extensivo de sensores integrados y equipos de autocontrol combinados con pronósticos y razonamiento de diagnóstico . En el caso de los vehículos lo habitual es que lleven a bordo un módulo de adquisición de datos y una unidad de diagnóstico. Algunos vehículos pueden transferir datos seleccionados a la base mientras están en uso a través de varios sistemas de RF. Siempre que el vehículo está en la base, los datos también se transfieren a un conjunto de computadoras de mantenimiento que también procesan esos datos para una comprensión más profunda del verdadero estado del vehículo. El uso del vehículo también puede adaptarse a la degradación de las piezas y mejorar la precisión de la predicción de los pronósticos .
La vida útil restante se utiliza para planificar el reemplazo o reparación de la pieza en algún momento conveniente antes de la falla. La incomodidad de sacar el vehículo de servicio se equilibra con el costo del mantenimiento no programado para garantizar que la pieza se reemplace en el punto óptimo antes de fallar. Este proceso se ha comparado con el proceso de elegir cuándo comprar opciones financieras, ya que el costo del mantenimiento programado debe equilibrarse con el riesgo de falla y el costo del mantenimiento no programado. [10]
Esto difiere del mantenimiento basado en condiciones (CBM), donde la pieza se reemplaza una vez que falla o una vez que se supera un umbral. [11] Esto a menudo implica sacar el vehículo de servicio en un momento inconveniente en el que podría estar generando ingresos. Es preferible utilizar un método IVHM para reemplazarlo en el momento más conveniente. Esto permite reducir la vida útil de los componentes de desecho causada por el reemplazo de la pieza demasiado pronto y también reducir los costos incurridos por el mantenimiento no programado. Esto es posible debido a la mayor distancia de pronóstico que proporciona una solución IVHM. Hay muchas tecnologías que se utilizan en IVHM. El campo en sí sigue creciendo y todavía se están añadiendo muchas técnicas al conjunto de conocimientos.
Los sensores de monitoreo de salud están diseñados en el vehículo y reportan a una unidad de procesamiento de datos. Algunos de los datos pueden manipularse a bordo para un diagnóstico y pronóstico inmediato del sistema. Se procesan menos datos críticos fuera del sistema. Todos los datos históricos del vehículo se pueden comparar con el rendimiento actual para identificar tendencias de degradación a un nivel más detallado que el que se podría hacer a bordo del vehículo. Todo esto se utiliza para mejorar la confiabilidad y la disponibilidad y los datos también se envían al fabricante para que mejore su producto. [12]
Se ha propuesto una arquitectura estándar para IVHM como el estándar OSA-CBM [13] que proporciona una estructura para la recopilación, el análisis y la acción de datos. Esto tiene como objetivo facilitar la interoperabilidad entre los sistemas IVHM de diferentes proveedores. Las partes clave dentro de OSA-CBM son
Estos se establecen en la norma ISO 13374 [14].
El sistema no pretende reemplazar las advertencias críticas para la seguridad, como el sistema de gestión de vuelo de una aeronave, sino complementarlas y quizás también aprovechar los sensores existentes para ayudar con el monitoreo del estado del sistema. Los sistemas ideales para monitorear son aquellos sistemas, subsistemas y elementos estructurales que probablemente muestren una degradación gradual para que puedan repararse o reemplazarse en un momento conveniente antes de fallar. Esto supone un ahorro respecto al mantenimiento basado en el estado, ya que una vez que una pieza falla, a menudo el vehículo no se puede utilizar hasta que se repare. Esto a menudo resulta en dificultades de programación si el vehículo falla cuando era necesario para generar ingresos y no puede usarse. Por el contrario, IVHM se puede utilizar para reemplazar la pieza durante el tiempo de inactividad del vehículo antes de que falle. Esto garantiza que pueda seguir generando ingresos según lo previsto.
Las comunicaciones entre el vehículo y la organización de mantenimiento son cruciales para solucionar las fallas de manera oportuna. El equilibrio entre la cantidad de datos que se deben enviar al mantenedor durante el uso y la cantidad que se debe descargar durante el mantenimiento es algo que debe juzgarse cuidadosamente. Un ejemplo de ello es lo que se conoce como reenvío de fallos . Cuando una aeronave experimenta una falla, el sistema de gestión de vuelo lo informa a la tripulación de vuelo pero también envía un mensaje a través de ACARS al equipo de mantenimiento para que puedan comenzar su planificación de mantenimiento antes de que la aeronave aterrice. Esto genera una ventaja de tiempo, ya que conocen algunas de las piezas y el personal necesarios para solucionar la falla antes de que el avión aterrice. Sin embargo, el enlace de comunicación cuesta dinero y tiene un ancho de banda limitado, por lo que el valor de estos datos de estado y uso debe evaluarse cuidadosamente teniendo en cuenta si deben transmitirse o simplemente descargarse durante el próximo mantenimiento o como parte del proceso de cierre del operador. .