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Universidad Politécnica de Madrid

Health Monitoring:Siguiente paso hacia los

sistemas de mayor fiabilidadEduardo de la Torre

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Tercer Seminario Anual CEI

Mayo 2010

Pero, ¿qué es Health Monitoring?

? Un análisis y un modelo

Enfermedad tropical

Un pronóstico

Una acción preventiva

Antipirético

Las técnicas de HEALTH MONITORING se basan en modelos o en indicios que permitan PRONOSTICAR fallos en los sistemas, antes de que se produzcan, permitiendo acciones correctivas diversas.

Por eso también se le llama Prognostic Health Monitoring (PHM)

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Tercer Seminario Anual CEI

Mayo 2010

El camino hacia la fiabilidad

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Tercer Seminario Anual CEI

Mayo 2010

Proyecto EMA-HM

Motor EC-powermax 30 de Maxon. Tipo DC-brushless

Diseño de las técnicas y la lógica de PHM de un

actuador electromecánico para aplicaciones de aviónica (flaps, etc..)

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Tercer Seminario Anual CEI

Mayo 2010

Aspectos analizados

Aspectos térmicos

Temperatura en devanados por

efecto Joule

Fricción en elementos mecánicos

Aspectos mecánicos

Desgaste/rotura de rodamientos

y engranajes

Holgura o histéresis mecánica

Nivel de engrase

Aspectos electrónicos y

eléctricos

Monitorización electrónica de

control

Cortocircuitos entre espiras de los devanados

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Tercer Seminario Anual CEI

Mayo 2010

Precursores de fallo en sistemas electrónicosFuentes conmutadas Tensiones y corrientes a la salida

RizadoAnchura de pulsos del control (duty cycle)Corrientes de fugasTensiones y corrientes en las realimentacionesRuido RF

Cables y conectores Cambios de impedanciaDaño físicoRotura o perforación de aislantes y dieléctricos

Circuitos integrados (CMOS)

Corriente quiescente en alimentacionesRuido de corrienteVariaciones en los niveles lógicosVariaciones en la ‘firma’ de operación

VCOs Frecuencia de salidaDistorsión de fasePérdidas de potencia y de eficienciaRuido

Transistores (de potencia (o no integrados)

Corrientes de pérdidas por puertaResistencia de conducciónCorriente drenador-fuente de fugas

Condensadores Resistencia serie / corriente de fugasFactor de disipaciónRuido

Diodos Corriente inversaTensión de codoResistemcia térmicaDisipación de potenciaRuido

Puede que se estén midiendo ya!!

Puede que me sobreCPU o puertas!!

El modelo puede sersencillo (o no)

Puedo tomar accionesconsultivas solamente

M. Pecht, R. Radojcic, and G. Rao, Guidebook for Managing Silicon Chip Reliability,CRC Press, Boca Raton, FL, 1999.

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Tercer Seminario Anual CEI

Mayo 2010

Parámetros, efectos, algoritmos

Corriente motor

Calentamiento en devanados Análisis valor medio

Sobrecarga Integración temp. de carga

Desgastes localizados

Análisis frecuencialmotor/reductor

Análisis lineal husillo

Cortocircuitos entre espiras Análisis temporal

Holgura Análisis temporal

Nivel de engraseValor medio corrientes

Derivada del escalón

Tensión alimentación Fallo general electrónica Análisis temporal

T/H sist. ControlCorrosión Integración temporal

Canario de la electrónica Watchdog del circuito

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Tercer Seminario Anual CEI

Mayo 2010

Fuente de alimentación: los condensadores de filtro

Comp.Nuevo

Comp.Nuevo

ESRtESRo

Lectura en la gráfica Lectura en la gráfica

TficticiaTrealMedir

Medir yfiltrar

ESRt>

2·ESRo

ESRt

ESRo

TrealTficticia

ESR

TTrealTficticia

Lectura (ΔV,T)

T

ΔV

Rizado de Tensión filtrado

Temperaturadel

componente

FALLO

Referencia: Failure Prediction of electrolytic capacitors during operation of switchmode power supply. IEES, Nov. 1998

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Tercer Seminario Anual CEI

Mayo 2010

Protección de la electrónica

Circuitos que trabajan en condiciones similares a los que se quiere proteger, y que se rompen

antes, avisando

Uso de ‘canarios’

‘Transistor downsizing’ para trabajar en condiciones de carga similares a las del transistor original, con rotura previa.

Condiciones operativas

• Pr: Temperatura o Punto de rocío en ºC• H: Humedad relativa• T: Temperatura en ºC

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Tercer Seminario Anual CEI

Mayo 2010

Influencia de las condiciones de operación

Tiempo de vida

FalloDes

gast

e

t

Condiciones nominales

Tiempo de vidaesperado

FalloDes

gast

e

tTiempo de vida

real

Riesgo potencial sin HM

Tiempo de vida

FalloDes

gast

e

t

Posible reutilizacióncon HM

Guardemos la vida laboralde nuestros dispositivosen una flash!!

Tiempo de vidareal

Prognostics and Health Management of Electronics, Michael Pecht, Ed. Wiley, 2008

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Mayo 2010

Cómo convencer en el uso de PHM

Ing. fiabilidad

Tu MTBF puede mejorarse x100 o x1000

Ing. mantenimiento

Las inspecciones, sustituciones y reparaciones se van a reducir, se van a automatizar y se pueden prever

Dpto. costes

Te vas a ahorrar un dineral en inspecciones y lo vamos a poder vender más caro por su robustez

Investigadores

Modelos, tecnologías, sensado, procesamiento novedosos, en definitiva, ‘una aventura en el mundo de la investigación’ (J.M. Molina)