استخدام تقنية إنترنت الأشياء لتمكين التعرف المبكر على الأعطال في المصاعد ومراقبتها

ملخص الأطروحة الفائزة الثانية من حفل الافتتاح بجائزة أليكس ماكدونالد

بواسطة بول كليمنتس

تهدف هذه الوثيقة إلى تقديم ملخص للأعمال المنفذة من نوفمبر 2018 إلى سبتمبر 2019 تنعكس في 138 صفحة من الأطروحة التي عقدت في جامعة نورثهامبتون.

عند تطبيق حل إنترنت الأشياء على المصعد ، يمكن إعداد المستشعرات على المكونات الرئيسية ، والتي تنقل البيانات بعد ذلك إلى جهاز الإدارة. سيتم بعد ذلك توصيل جهاز الإدارة بالإنترنت عبر جهاز توجيه 4G أو منفذ إيثرنت الذي يرسل البيانات إلى النظام الأساسي المستند إلى مجموعة النظراء. يمكن بعد ذلك تحليل البيانات وإدارتها عبر الإنترنت من خلال جهاز كمبيوتر أو جهاز محمول حيث يمكن استخدام كتابة البرنامج النصي لبرمجة الإشعارات عندما تكون حالة المصعد خارج المعلمات المحددة.

الدافعية

منذ إدخال أول "جهاز ذكي" معروف في عام 1982 ، حيث قام طلاب جامعة كارنيجي ميلون ، بيتسبرغ ، بنسلفانيا ، بتثبيت مفاتيح صغيرة على آلة كوكاكولا للتحقق من مستويات المخزون ودرجة حرارة المشروبات المبردة (سميث جي ، 2015 ) ؛ تمتلك تقنية إنترنت الأشياء (IoT) إمكانات هائلة في جميع مناحي الحياة.

الآن ، تطورت تقنية إنترنت الأشياء حتى الآن بحيث أن الأجهزة المختلفة من الأجهزة المنزلية إلى أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (داخل المباني التجارية) تستخدم تحديد تردد الراديو (RFID) وبروتوكول التحكم في الإرسال / بروتوكول الإنترنت (TCP / IP) إلى الاتصال لاسلكيًا بشبكة وتوفير كميات هائلة من البيانات دون تدخل بشري.

مع معدات الرفع ، هناك قدر هائل من البيانات التي يمكن جمعها وتحليلها واستخدامها لتحسين موثوقية المعدات وتقنيات الصيانة.

حاليًا ، يتم جمع البيانات في الغالب من قبل شركات صيانة المصاعد والعملاء من خلال مراكز الاتصال الخاصة بمقاول الصيانة ؛ ثم يتم تحليل البيانات وإصدار الحكم على كيفية منع المكالمات المتكررة. تُعرف هذه التقنية باسم الصيانة التصحيحية ، والتي يمكن أن تكون طريقة مكلفة لكل من العميل والمقاول.

من المفهوم أن صناعة المصاعد تتجه نحو استخدام تقنية إنترنت الأشياء ، مع العديد من اللاعبين الرئيسيين ، مثل KONE و Otis و thyssenkrupp و Schindler ، وكلهم يطورون استراتيجيات أعمالهم الخاصة باستخدام إنترنت الأشياء.

أرشدتني هذه التطورات إلى الفرضية: سيمكن استخدام تقنية إنترنت الأشياء من التعرف المبكر على الأعطال في المصاعد ومراقبتها.

أهداف

كانت أهداف هذه الدراسة على النحو التالي:

• للتحقيق في تاريخ تكنولوجيا إنترنت الأشياء وتطوراتها
• للتحقيق في كيفية استخدام تقنية إنترنت الأشياء في صناعة المصاعد
• للتحقيق في استخدام إنترنت الأشياء حاليًا في صناعة المصاعد

كان الهدف العام هو التحقيق في الموضوعات المذكورة أعلاه لإثبات فعالية تقنية إنترنت الأشياء وعلاقتها بتحديد / مراقبة الأخطاء.

الأهداف

تم تحديد الأهداف التالية لورقة البحث هذه:

• لتحليل بيانات وسيلة الشرح لمجموعة من مختلف الأعمار / أنواع معدات الرفع
• لتحديد الأخطاء الشائعة ضمن عينة البيانات التي تم الحصول عليها
• لتحديد استخدامات تقنية إنترنت الأشياء وإنشاء اتصال / رابط بين أخطاء الرفع وأساليب مراقبة إنترنت الأشياء
• لتنفيذ تجارب صغيرة الحجم حيث يتم استخدام تقنية إنترنت الأشياء لرصد الأخطاء الشائعة الموجودة في بيانات وسيلة الشرح التي تم الحصول عليها
• لاستكشاف كيفية استخدام تقنية إنترنت الأشياء حاليًا في صناعة المصاعد.
• لتحليل البيانات التي تم الحصول عليها من المقاولين الذين يقومون بتجربة هذه التكنولوجيا

الأسئلة الرئيسية التي تم الرد عليها هي:

• ما هو عمر المعدات التي تم جمع البيانات منها؟
• ما أنواع وسائل الشرح التي يتم تسجيلها وهل يمكن تصنيفها؟
• هل يمكن استخدام تقنية إنترنت الأشياء الحالية لمراقبة الأخطاء التي تم العثور عليها داخل البيانات؟
• ما هي الفوائد التي تعود على أصحاب المصلحة الرئيسيين (مثل مالكي المعدات وشركات الصيانة)؟
• هل هناك أي تحسينات أخرى لأنظمة / أنواع الصيانة التي يمكن أن تتبنى تقنيات إنترنت الأشياء؟

آلية العمل

تتطلب هذه الدراسة نهجًا منهجيًا من أجل التمكن من تحديد أنواع وسائل الشرح الشائعة وما إذا كان يمكن استخدام أنظمة إنترنت الأشياء بشكل مناسب لمراقبة الحالة وتحديد الأخطاء في وقت مبكر. المنهجية المستخدمة لتمكين إتمام هذه الرسالة بنجاح هي كما يلي:

جمع البيانات

تم جمع البيانات المستخدمة شهريًا من قبل مقاولي الصيانة من خلال استخدام مراكز الاتصال وأنظمة التقاط البيانات المختلفة. ثم تم توفير هذه البيانات للعميل كل شهر للسماح بتحليل كيفية أدائهم. بشكل عام ، تم جمع البيانات من أربعة موردين مختلفين عبر 48 موقعًا مختلفًا وما مجموعه 114 مصعدًا.

تحتوي البيانات على معلومات عن تاريخ / وقت استلام وسائل شرح الأعطال (المكالمات) ؛ التفاصيل المقدمة في المكالمة ؛ تم العثور على الخطأ أثناء التواجد في الموقع ؛ أي إجراء آخر مطلوب ؛ تاريخ ووقت اكتمال المكالمة والرقم المرجعي للمكالمة.

كانت البيانات التي تم جمعها من فترة 13 شهرًا ، بين 1 ديسمبر 2017 و 31 ديسمبر 2018 ، والتي قدمت مجموعة كبيرة بما يكفي من البيانات للتحليل.

تحديد وتحليل الأعطال

تم تحليل البيانات التي تم جمعها من العميل واستقراء التفاصيل لتحديد أنواع المكالمات المختلفة وتحليل أي اتجاهات تمت ملاحظتها. قدمت المعلومات التي تم جمعها قدرًا هائلاً من البيانات ، والتي ، في حد ذاتها ، يمكن تصنيفها على أنها "بيانات ضخمة".

تم استخدام حزمة برامج تسمى Microsoft Power BI (Rouse ، 2019) لتحليل بيانات وسيلة الشرح هذه. يستخدم هذا النظام المستند إلى Microsoft البيانات التي تم تجميعها في جدول بيانات Excel لتمثيل أنواع وسائل الشرح المختلفة والاتجاهات التي تم الحصول عليها من المعلومات الواردة بصريًا.

تم تحليل البيانات التي تم جمعها من العميل وموردي المصاعد ومراجعتها بهدف تحديد أنواع المكالمات المختلفة التي يمكن أن تحدث داخل نظام المصعد. ثم تم استخدام أنواع المكالمات هذه لتحديد المكان الذي يمكن أن تساعد فيه تقنية إنترنت الأشياء في تحديد الأعطال قبل حدوثها.

استطلاع

تم جمع مزيد من البيانات من خلال المسح. تم إرسال هذا الاستبيان لرفع مقاولي الصيانة ورفع الاستشاريين للإجابة.

تم إنشاء الاستطلاع باستخدام SurveyMonkey ™ (FinancesOnline ، 2019) ، وهي بوابة تتيح إنشاء الاستطلاعات المخصصة وتوزيعها عبر رابط يمكن استخدامه عدة مرات. يجمع النظام إجابات الأسئلة ويسمح بتحليل هذه الإجابات. يعرض هذا أيضًا تفاصيل معدلات الاستجابة ، ومتوسط ​​الوقت الذي يقضيه في الإجابة على الاستبيان ويختار أي اتجاهات في الإجابات.

تم إرسال الاستبيان إلى سبع شركات صيانة مصاعد وشركة استشارية واحدة. من بين هذه الشركات ، سمحت ست شركات بتوزيع هذا على فرقهم الأوسع.

كان الغرض من هذا الاستبيان هو الحصول على تفاصيل من الأشخاص المختصين في صناعة المصاعد عن:

• من ذوي الخبرة عيوب مشتركة
• تم تحديد دقة نموذجية للأخطاء الشائعة
• معرفة تقنيات إنترنت الأشياء
• حيث يمكن لتقنيات إنترنت الأشياء أن تساعد في الكشف عن الأخطاء الشائعة التي لوحظت

تجربة

أجريت تجربة صغيرة على بعض المصاعد. استخدمت هذه التجربة نتائج جمع البيانات وتحليلها لتحديد الأخطاء الشائعة واستخدام تقنية إنترنت الأشياء لرصد المعلمات التي يمكن أن تساعد في التحديد المبكر لهذه الأخطاء.

تم شراء مستشعرات إنترنت الأشياء منخفضة التكلفة لغرض قياس المعلمات المختلفة وتنبيه المؤلف تلقائيًا عند تحديد الأعطال المحتملة أو أن حالة المصعد / البيئة قد تتسبب في حدوث عطل. بعد التحديد الإيجابي للخطأ ، أثيرت وسائل شرح مع مورد الصيانة وتم حل المشكلة.

إلى جانب مستشعرات إنترنت الأشياء ، تم أيضًا شراء كاميرا IP ، والتي تتيح الوصول عن بُعد من خلال تطبيقات سطح المكتب والهاتف المحمول.

تم استخدام المستشعرات أدناه طوال التجارب. كانت مبررات هذا الاختيار:

• من خلال المعرفة المكتسبة من خلال مراجعة التطورات في تقنيات إنترنت الأشياء ، تم تحديد أنه يمكن مراقبة درجة الحرارة والرطوبة والرطوبة والحركة والضوء من خلال استخدام الأجهزة منخفضة التكلفة.
• تم تحديد أن هذه الأجهزة كانت سهلة البرمجة نسبيًا وإنشاء تشفير لتقديم الإخطارات.
• تم تقييد الميزانية الإجمالية لهذه الدراسة ، وكانت أجهزة الاستشعار التي تم شراؤها منخفضة التكلفة نسبيًا.

تم شراء تقنية إنترنت الأشياء المستخدمة في هذه التجربة من موقع ويب يسمى wirelesstags.net. يمكن لهذه "العلامات" الاتصال بالإنترنت وجمع بيانات مختلفة مثل حركة العلامات ، وحركة الأشعة تحت الحمراء ، والاتصال ، ودرجة الحرارة ، والرطوبة ، والرطوبة.

يتم تخزين البيانات على نظام قائم على السحابة يمكن الوصول إليه من أي مكان في العالم.

منتجات العلامة اللاسلكية

يعمل نظام العلامات اللاسلكية باستخدام "مدير العلامات" المستند إلى Ethernet. يتصل هذا الجهاز بالإنترنت عبر كابل إيثرنت ويتم تشغيله بواسطة microUSB. يجب أن يسمح جهاز التوجيه المتصل بهذا الجهاز بـ "10Base-T" و "خادم DHCP". يجب أن يسمح جدار الحماية بـ "اتصال HTTP الصادر (المنفذ 80) والمنفذ 6667."

يمكن لمدير العلامات الفردي أن يسمح لما يصل إلى 40 مستشعرًا منفصلاً بالاتصال وإرسال البيانات من خلال النظام المستند إلى مجموعة النظراء.

العلامات المتاحة على wirelesstag.net موضحة في الأشكال 5-8:

• يوضح الشكل 5 Wireless Sensor Tag Pro ALS ، والذي يمكنه مراقبة التغيرات في الإضاءة المحيطة ودرجة الحرارة والرطوبة والحركة.
• يوضح الشكل 6 مستشعر PIR KumoSor ، والذي يمكنه اكتشاف الحركة ومهلة عدم الحركة خلال فترة زمنية معينة. يمكن لهذا المستشعر أيضًا مراقبة درجة الحرارة والرطوبة.
• يوضح الشكل 7 مستشعر Reed KumoSensor ، وهو مستشعر قائم على التلامس يراقب متى تكون الأبواب / النوافذ مفتوحة / مغلقة جنبًا إلى جنب مع درجة الحرارة والرطوبة.
• يوضح الشكل 8 مستشعرًا لاسلكيًا للمياه / الرطوبة ، والذي يراقب مستويات المياه ووجود الماء في منطقة جافة أو رطبة. يراقب هذا المستشعر أيضًا درجة الحرارة والرطوبة.

تعمل هذه المستشعرات على مدى 210 أمتار كحد أقصى في خط الرؤية لمدير العلامات ؛ توفر عمر بطارية يتراوح من 2 إلى 7 سنوات ؛ تعمل بين -40 درجة مئوية و + 85 درجة مئوية ؛ توفر قراءات دقيقة تصل إلى +/ 0.4 درجة مئوية ولديها مستشعر ضوء بنطاق 0.1 ~ 200,000 لوكس. يمكن الاطلاع على التفاصيل الكاملة للمواصفات الفنية لهذه المستشعرات في الملحق ج.

تم توفير البيانات التي تم التقاطها بواسطة هذه المستشعرات من خلال الهواتف الذكية والمنصات القائمة على الويب التي يتم الوصول إليها باستخدام اسم مستخدم وكلمة مرور للتدابير الأمنية.

قدمت نتائج تحليل البيانات ومسح الاستبيان تفاصيل الأخطاء المختلفة التي تحدث عادة في أنظمة الرفع. سمحت معرفة ما يمكن مراقبته باستخدام هذه المستشعرات باتخاذ قرارات مستنيرة بشأن مكان استخدام المستشعرات للمساعدة في مراقبة الحالة (مثل درجة الحرارة والرطوبة والرطوبة وما إلى ذلك) ، وبالتالي توفير تحديد مبكر للأعطال.

استنتاجات

على الرغم من أن تقنيات إنترنت الأشياء كانت موجودة منذ أكثر من 30 عامًا ، إلا أن التطورات في هذه التكنولوجيا على مدار السنوات العشر الماضية شهدت شرائح أصغر وتكاليف منخفضة ؛ تتوفر الآن أجهزة الاستشعار الجاهزة للاستخدام من قبل المستهلكين كل يوم. تطورت صناعة المصاعد بشكل كبير خلال القرن الماضي مع تطورات مختلفة في تكنولوجيا أنظمة التحكم وأنظمة الصيانة ، مع التطورات الأخيرة التي تركز على تطبيق تقنيات إنترنت الأشياء في الحزم القياسية التي توفرها كبرى شركات المصاعد ، إلى جانب تعديل هذه الأنظمة للمصاعد تحت الصيانة المحافظ.

تمتلك الشركات المصنعة الرئيسية للمصاعد ميزانيات كبيرة لتطوير أنظمتها الخاصة لجمع كميات كبيرة من البيانات التي يمكن تحليلها واستخدامها لتطوير أنظمة صيانة أكثر ذكاءً وثاقبة. سيسمح لهم ذلك بالتنبؤ بالأخطاء المحتملة وحتى استباقها بهدف تحديد متوسط ​​العمر المتوقع للمكونات الفردية. على الرغم من أن هذا التطور في التكنولوجيا سيساعد العميل على المدى الطويل ، إلا أن هؤلاء المصنِّعين يركزون أكثر على الفوائد الداخلية لمنظماتهم بدلاً من الفائدة التي تعود على العميل ، والتي قد تكون أحد الأسباب التي استغرقت وقتًا أطول لصناعة المصاعد اعتماد هذه التكنولوجيا.

لا تمتلك شركات صيانة المصاعد المستقلة مثل هذه الميزانيات الكبيرة لتطوير هذه الأنظمة. ومع ذلك ، فإن أحدث التطورات في تقنية إنترنت الأشياء تعني أنه باستخدام عدد قليل من أجهزة الاستشعار ، يمكن تنفيذ نظام بتكلفة منخفضة لمراقبة حالة المكونات المختلفة وتحليل البيانات التي تم جمعها للمساعدة في التعرف المبكر على الأخطاء.

يُظهر تحليل بيانات وسيلة الشرح التي تم جمعها خلال فترة 13 شهرًا أن هناك مجموعة من الأخطاء التي يمكن أن تحدث في المصاعد. ومع ذلك ، يمكن تجميعها معًا في أقسام مختلفة من نظام الرفع ، مما يسهل فهم مكان حدوث المشكلات والمساعدة في تحديد ما يمكن رصده بواسطة المستشعرات.

أكد استبيان صدر إلى مختلف أصحاب المصلحة في صناعة المصاعد النتائج ضمن تحليل بيانات وسيلة الشرح والمساعدة في فهم الأخطاء الشائعة التي تحدث وكيف يمكن استخدام تقنيات إنترنت الأشياء للمساعدة في مراقبة الحالة واكتشاف الأخطاء في وقت مبكر.

أثبتت التجارب التي تستخدم مستشعرات إنترنت الأشياء الجاهزة والكاميرا وفهم بسيط لكتابة النصوص وأجهزة توجيه 4G أنه يمكن تنفيذ الحلول منخفضة التكلفة من قبل أصحاب المصلحة الرئيسيين مثل شركات المصاعد المستقلة والاستشاريين وحتى العملاء لتوفير الوقت الفعلي البيانات المتعلقة بحالة المصعد. يمكن عمل الافتراضات باستخدام البيانات التي تم جمعها للمساعدة في اكتشاف الأخطاء وحلها في وقت سابق.

مع بعض إعداد الموقع ، مثل تثبيت منافذ إيثرنت إضافية وإمدادات الطاقة داخل غرفة محرك الرفع والعمود ، يمكن تثبيت مستشعرات درجة الحرارة والرطوبة والرطوبة والحركة حول النظام لتوفير هذه المعلومات لأصحاب المصلحة الرئيسيين الذين يمكن أن يكونوا موجودين في أي مكان في العالم.

في حالة عدم توفر منافذ إيثرنت ، يمكن توفير أجهزة توجيه 4G. ومع ذلك ، نظرًا لأنه تم تحديد التجارب والموردين الرئيسيين ، فهناك مشكلات محتملة يمكن أن تحدث مع قوة الإشارة التي يجب مراعاتها أثناء تثبيت هذه الأنظمة.

العناصر الأخرى التي يجب مراعاتها عند تثبيت هذه الأنواع من الأنظمة هي:

• وضع المستشعرات: ما هي البيانات التي يتم الحصول عليها؟
• تصميم الرفع: يمكن أن تكون هذه مختلفة ، وقد تحتاج أجهزة الاستشعار إلى التثبيت في أماكن مختلفة للحصول على نفس النوع من البيانات على معدات مختلفة (مثل حركة الحزم أو الموصل الذي يسحب أو الاهتزازات داخل المحرك).
• تكامل النظام: ما إذا كان النظام سيعمل مع مكونات مثل أجهزة توجيه 4G التي تسمح بالوصول إلى المنافذ الصحيحة التي تسمح للأنظمة بالاتصال بالإنترنت.
• اللافتات: التأكد من أن جميع أصحاب المصلحة على دراية بالتكنولوجيا المستخدمة حتى لا يزعجوا أجهزة الاستشعار عن طريق الخطأ.
• عمر بطارية المستشعرات: فهم حدود الأجهزة وكيفية تحسين عمر البطارية عن طريق تغيير الإعدادات مثل الإشعارات.
• استخدام البيانات: عند استخدام أجهزة توجيه 4G لتطبيقات معينة ، ضع في اعتبارك استخدام البيانات المطلوب.

تم استخدام تحليل الأعطال لمجموعة عينة من المصاعد جنبًا إلى جنب مع تأكيد الأعطال المذكورة من خبراء الصناعة (باستخدام استبيان) لتحديد أن 70 ٪ من وسائل الشرح المسجلة في مجموعة العينات يمكن تحديدها بواسطة أجهزة منخفضة التكلفة تراقب درجة الحرارة والرطوبة والرطوبة والحركة.

بشكل عام ، نجحت هذه الدراسة في تحديد إمكانية استخدام أنظمة إنترنت الأشياء لمراقبة حالة المصاعد والمساعدة في التعرف المبكر على الأعطال. ينتج عن أنظمة إنترنت الأشياء المستخدمة استجابات تفاعلية للأعطال التي يتم الإبلاغ عنها تلقائيًا بواسطة الأجهزة. يوفر هذا فائدة لكل من العميل ومقاول الصيانة.

يقوم مقاولو المصاعد الرئيسيين المذكورين في هذه الدراسة بتطبيق هذه الأنظمة على محافظ الصيانة الخاصة بهم ، بالإضافة إلى تطبيق التحليلات على البيانات التي تم جمعها. إنهم يحاولون تحقيق نظام يمكنه التنبؤ بموعد حدوث الانهيار حتى يتمكنوا من الحضور وحل المشكلة قبل حدوثها. يتم تنفيذ تقنيات التعلم الآلي من قبل علماء البيانات ومهندسي الرفع ، الأمر الذي يتطلب استثمارات كبيرة.

قبل استخدام خوارزميات التعلم الآلي ، يجب جمع البيانات. يمكن تحليل البيانات التي تم جمعها خلال هذه الدراسة من قبل علماء البيانات في المستقبل عندما تصبح الحزم التحليلية متاحة لصناعة المصاعد المستقلة.

هناك فوائد مختلفة لاستخدام نظام إنترنت الأشياء في هذه الدراسة مقارنة بالأنظمة المطبقة من قبل موردي المصاعد الرئيسيين:

• التكاليف أقل بكثير مقارنة بالأنظمة التي يتم تنفيذها من قبل الشركات الكبرى.
• يركز الموردون الرئيسيون على تثبيت أنظمتهم على معداتهم الجديدة أولاً. النظام في هذه الدراسة قابل للتكيف مع معدات أي مصنع.
• يمكن استخدام نظام إنترنت الأشياء المشار إليه في هذه الدراسة كحل دائم لمراقبة الحالة واكتشاف الأخطاء وكحل مؤقت لتحديد الأسباب الجذرية للأعطال المتقطعة مثل ارتفاع درجة الحرارة.
• لا يتطلب النظام الوارد في هذا التقرير أن يكون العميل مقيدًا بعقد محدد حيث يمكن فقط لمركب المعدات استخدام النظام.

• الشكل 1: الإعداد النموذجي لنظام إنترنت الأشياء على المصاعد
• مستشعرات إنترنت الأشياء (1)
• نظام إدارة أجهزة الاستشعار (2)
• راوتر أو نظام إيثرنت (3)
• السحابة (4)
• واجهة الكمبيوتر (5)
• واجهة المحمول (6)