La manutenzione predittiva, CBM (Condition Based Maintenance) Dynamic Maintenance Management System: la manutenzione dinamica per il miglioramento continuo di Trenitalia Paolo MASINI Direzione Tecnica \ Ingegneria Rotabili e Tecnologie di Base Napoli, 15 ottobre 2015 LA MANUTENZIONE E SISTEMI INNOVATIVI DI DIAGNOSTICA
Scenario Trenitalia è il maggior operatore ferroviario italiano e il terzo europeo. Grande trasformazione: da un pesantissimo passivo ad un attivo strutturale; Miglioramento dei servizi e mantenimento del livello di sicurezza. Sostiene l unico caso mondiale di concorrenza sui servizi di alta velocità. Focalizzazione sul trasporto regionale Sfide future: Gare per il servizio regionale (Servizio di eccellenza a costi concorrenziali); Concorrenza sull AV da altri operatori nazionali e soprattutto internazionali; Altri modi di trasporto: Aerei Low Cost, Bla Bla car e in prospettiva driverless car; 2
Opportunità tecnologiche Grandi opportunità utilizzando trasferimento di tecnologie nel ferroviario: Sistemi di elaborazione BIG DATA a fini di ottimizzazione di processo: Internet of Things per aumentare a basso costo le informazioni disponibili; Sistemi di visione e scansione laser per controlli automatici; Sistemi robotici per ispezioni e poi interventi automatici Applicazione alla manutenzione 3
Manutenzione classica La manutenzione attuale, correttiva e preventiva Correttiva: riparazione di componenti guasti in impianto al termine del servizio del treno; preventiva operazioni previste su componenti con scadenze fisse temporali o chilometriche Svantaggi: si subiscono gli effetti dei guasti che andremo successivamente a riparare. Complicato sistema di controlli in primo livello: Scarso legame tra usura dei componenti e scadenze manutentive; Scadenze raggruppano attività non omogenee per problemi logistici; Asincronia tra disponibilità di risorse (personale, postazioni, ricambi) e i turni del materiale rotabile.; 4
Dynamic Maintenance Management System Scenario di riferimento Obiettivi Riduzione dei costi di manutenzione, aumento della affidabilità e della disponibilità, attraverso: Miglioramento nella gestione dei guasti nel processo manutentivo Diminuzione sostanziale dei guasti in esercizio utilizzando modelli predittivi Miglioramento del processo delle verifiche in 1 livello Superamento delle scadenze tempo km, con modifiche strutturali ai piani di manutenzione Efficientamento della gestione dell uso del materiale rotabile, degli impianti, della manodopera e dei ricambi, sulla base dei risultati dei punti precedenti Principali interventi Telediagnostica di bordo Installazione progressiva di strumenti di telediagnostica di bordo treno, in grado di trasmettere registrazioni ed eventi diagnostici Sistemi diagnostici di terra Installazione negli impianti di manutenzione di strumenti per la diagnosi dei componenti esterni dei rotabili (pantografo, ruote, ) Dynamic Maintenance Management System Nuovo sistema di gestione della manutenzione, ottimizzato secondo i nuovi piani di manutenzione e l interazione con i processi di Trenitalia 5
LA GESTIONE DEI GUASTI E LA TELEDIAGNOSTICA DI BORDO Storicamente i sintomi dei guasti venivano rilevati tramite annotazione sui libri di bordo Poi anche segnalazioni di sala operativa. Complicata ricerca guasti, materiale di ricambio e riparazione, impatto sulla disponibilità. Attualmente sulle flotte più moderne sono installate computer che Sono connesse alle apparecchiature di bordo; Sono dotate di collegamento dati cellulare; Trasmettono gli eventi diagnostici nativi a terra; Possono aggiungere ulteriore diagnostica; Vantaggi: Azzeramento del tempo precedente alla sostituzione Sorveglianza della flotta (es. ridondanze) Help desk 6
Cruscotto di controllo flotta Frecciarossa 7
Dashboard E464 8
E464 status 9
Remote desktop 10
Sistema DISW il DIS registra le attività di condotta unite a molte altre info utili per ricostruire eventi di sicurezza o a fini diagnostici; IL DISW è un sistema che gestisce la banca dati di tutte le registrazioni permettendo di fare ricerche sia puntuali che statistiche massive sull intera flotta o sue sottoparti. 11
Sistema DISW 12
La manutenzione predittiva I computer installati sui treni possono registrare e trasmettere con continuità grandezze di processo; Sul treno ci sono centinaia di sensori le cui informazioni possono essere utilizzate; Attualmente le 730 E464 scaricano in media 300 MB/g/ per loco registrando circa 5000 segnali a 1 s Quindi: BIG DATA Il cablaggio di nuovi sensori è attualmente sempre molto costoso e va attentamente valutato in termini di ritorni. La situazione potrebbe cambiare drasticamente con l avvento pervasivo di: Intertenet Of Things Prossimamente, specie sulle carrozze, installeremo sui vari impianti sensori a basso costo. 13
La manutenzione predittiva: modalità operative Ci sono 2 modi di procedere: Classificare situazioni di anormalità e monitorarne con continuità la distanza Identificare la normalità e misurarne con continuità lo scostamento; Nel primo caso le anomalie sono classificate sulla base dei ritorni di esperienza: riserve, accudienze che hanno provocato problemi in esercizio. Il sistema ricerca se ci sono condizioni sui dati di processo ripetute. Es Principal component Analysis PCA La PCA ruota il sistema di coordinate per trovare la correlazione tra I dati oggetto di analisi; Nel secondo si possono identificare le configurazioni più probabili e trovarne gli scostamenti. 14
Esempio PCA PCA 15
Distribution of the population (380 batteries, 15 mio data points) 16
Sistemi diagnostici di terra 1 Periodicamente i treni devono tornare in impianto per verifiche puntuali ai freni, agli striscianti alle ruote e verifiche generali sul sottocassa. Tale periodo è dell ordine dei giorni. Questa sono le scadenze più ricorrenti. Tali verifiche vanno effettuate su binari su colonnini per il sottocassa piuttosto che su postazioni per la visita pantografi e all imperiale. Il tempo impiegato è molto. I sistemi diagnostici di terra sono portali installati in ingresso ai depositi, che hanno la funzione di automatizzare le verifiche da fare in primo livello; Lo scopo è creare un sistema integrati di virtualizzazione dell intero treno che mantenga uno storico e segnali le variazioni Es. mancanza di parti o loro sottoinsiemi, deformazioni, graffiti, nonché le classiche misure sul pantografo sulle ruote e sui ftreni 17
Sistemi diagnostici di terra 2 La parte del sottocassa presenta notevoli problemi di occlusioni e di geometria complicata. Per questo è in sviluppo un sistema robotico di per tale tipo di ricognizione; E previsto anche un sistema di visualizzazione di tipo immersivo che permette di navigare nelle viste treno acquisiti dai diversi sistemi Il progetto è frutto di una collaborazione tra Trenitalia e la Scuola Superiore San Anna di Pisa 18
Superamento delle scadenze fisse tempo km Attualmente i piani di manutenzione dei veicoli sono organizzate con scadenze fisse (tempo, km) non tenendo conto della reale usura dei componenti Ad esempio l usura di una porta dipende solo indirettamente dai km percorsi, ma più direttamente dal numero di cicli di aperture e chiusure. L indicazione grossolana sulla scadenza di manutenzione a km sulle porte provoca un inefficienza nelle attività manutentive, ma anche nell uso dei materiali di ricambio, poiché la scadenza a km deve tenere necessariamente conto del caso peggiore Per tenere conto di queste limitazioni per ogni componente installato sul treno è possibile definire 2 insiemi di indicatori: indicatori di salute, e indicatori di vita residua. 19
Indicatori di vita e di salute scadenze tempo Km Vita Indica il livello di usura progressiva che un componente accumula nel tempo (e.g. cicli, ore, km, energy, tempo, etc). La manutenzione preventiva è fatta quando sono raggiunte diversi valori soglia. Salute Tiene conto dello stato funzionale attuale attraverso le misure di parametri specifici (e.g. tempo chiusura porte, temperature di raffreddamento, duty cycles di compressori, etc.). La manutenzione viene fatta quando tali indicatori escono dal range di normale funzionamento prima dei guasti. 20
Pianificazione dinamica Tali indicatori sono elaborati a partire dalle misure che arrivano dai treni integrate con quelle dei sistemi diagnostici di terra più dati che vengono da altre fonti le più disparate es. sistemi di circolazione RFI, sistemi rilevazione meteo etc. Sulla base di questi indicatori il sistema BIG DATA incrocia la salute e la vite dei componenti proiettando la vita residua dei componenti nel dominio dell indicatore prescelto. Quindi per una porta dirà che mancano 10000 per es. cicli di apertura alla prossima revisione. Occorre che sul sistema BIG DATA il treno sia virtualizzato almeno per i componenti oggetto dell analisi per associare gli indicatori solo al singolo componente 21
Dynamic Maintenance Management System Modello di funzionamento ESERCIZIO INGEGNERIA Segnali ed Eventi Communication Gateway Riceve e smista tutti i dati provenienti dai sistemi di diagnostica montati a bordo treno dalla diagnostica di terra e dai sistemi di esercizio Monitora lo stato del rotabile, prevenendo i guasti imminenti o con un preavviso di alcune ore Telediagnostica Analisi predittiva Life&Health Indicator Ambiente laboratorio Permette di creare e testare nuove regole, algoritmi e modelli predittivi Utilizza strumenti e metodologie in grado di predire il guasto con un preavviso di giorni o settimane Interazione con la Manutenzione Invio di allarmi Rappresentano lo stato di vita e salute dei componenti, permettendo di determinare il comportamento dei componenti con mesi di anticipo Strumenti di configurazione I manutentori saranno in contatto diretto con l Esercizio e potranno controllare lo stato del rotabile attraverso strumenti di monitoraggio Eventuale rientro in Impianto Allarmi manutentivi automatici in grado di segnale anomalie e guasti Tutte le funzionalità sono convogliate in un unico «decisore» che ottimizza il piano del rotabile, stabilendo l eventuale rientro in Impianto per manutenzione Permettono un utilizzo dinamico e autonomo delle varie funzionalità del DMMS 22
Conclusioni Con l insieme di queste tecnologie si innesca un ciclo di miglioramento continuo per la manutenzione delle nostre flotte. In questa maniera possiamo: mantenere la sicurezza dei treni, dare confort e puntualità ai nostri clienti, mantenere prezzi competitivi creare valore per i nostri azionisti Grazie per l attenzione 23