Cómo el uso de datos de máquinas puede ayudar a consolidar el mantenimiento de ascensores a través de fronteras nacionales y diferentes códigos

Este artículo se presentó en el Simposio Internacional de Ascensores y Escaleras Mecánicas de 2024 en Paradise Island, Bahamas.

por Patrick Bass y Daan Smans

1. Abstracto

Actualmente, más de la mitad de la población mundial vive en zonas urbanas (el 55%, frente al 30% en 1950).^{[ 1 ]} Mientras tanto, las proyecciones indican que el crecimiento futuro de la población puede explicarse casi en su totalidad por un número creciente de habitantes urbanos.^{[ 2 ]} Para facilitar este crecimiento, las ciudades crecen cada vez más hacia arriba, ya que la rápida expansión hacia afuera a menudo causa mercados de tierras distorsionados, servicios deficientes en áreas en crecimiento y una expansión informal desarticulada.^{[ 3 ]}

Posteriormente, los ascensores desempeñan un papel cada vez más importante en nuestra vida cotidiana. Facilitan el flujo de personas tanto en casa, como en el trabajo y en espacios comerciales, hasta que dejan de funcionar. Para garantizar un funcionamiento seguro y fiable de los ascensores, es necesario un mantenimiento adecuado que cumpla con la normativa local.

Las empresas especializadas en el mantenimiento de ascensores suelen seguir Planes de Control de Mantenimiento (PCM). Estos son, en esencia, conjuntos documentados de tareas, procedimientos, exámenes, pruebas y registros de mantenimiento que garantizan que los equipos se mantengan conforme a los requisitos aplicables.^{[ 4 ]}

Tecnologías emergentes, como los datos de máquinas obtenidos mediante la fusión de sensores, el aprendizaje automático y el Internet de las Cosas (IoT), permiten crear MCP dinámicos adaptados a las necesidades de cada ascensor, independientemente de su marca, modelo, antigüedad o ubicación geográfica. En esencia, al adquirir datos de máquinas directamente en el borde del sensor, los parámetros operativos del ascensor se interpretan mediante las leyes universales de la física.^{[ 5 ]}

Por ejemplo, el funcionamiento de la puerta de un ascensor se puede monitorizar mediante la fusión de sensores ópticos (por ejemplo, distancia de apertura y cierre), acelerómetros (por ejemplo, vibraciones y velocidad), sensores de temperatura (por ejemplo, temperatura del motor de la puerta), etcétera.

Al aplicar el aprendizaje automático a la gran cantidad de datos recopilados a lo largo del tiempo, la imagen agregada proporciona una evaluación de las necesidades reales de mantenimiento del ascensor. La infraestructura subyacente basada en IoT permite la conectividad a escala en cualquier lugar con conexión a internet. Por último, los requisitos locales pueden incorporarse al modelo de datos como criterios geográficos, lo que garantiza el cumplimiento normativo.

2. Introducción

Cuando pensamos en sistemas de transporte público, muchos de nosotros primero pensamos en autobuses, trenes subterráneos, etc. Esto no es sorprendente; Merriam Webster define el transporte público como “el transporte de grandes cantidades de personas por medio de autobuses, trenes subterráneos, etc., especialmente dentro de áreas urbanas”.^{[ 6 ]} Sin embargo, un medio de transporte público que no figura explícitamente en Merriam-Webster, pero que cumple plenamente con los criterios, destaca por encima del resto en cuanto a número de pasajeros: el ascensor. Por ejemplo, los estadounidenses realizan más de 20 XNUMX millones de viajes al año en ascensor.^{[ 7 ]} — el doble de la cantidad de viajes que se realizan mediante lo que la gente normalmente considera transporte público.^{[ 8 ]}

Impulsada por una población mundial en constante crecimiento que considera cada vez más las ciudades como su hogar, la megatendencia de la urbanización^{[ 1,2 ]} Inevitablemente, el número de usuarios de ascensores aumentará cada vez más. Dado que los ascensores son equipos electromecánicos, un mantenimiento adecuado también cobra cada vez mayor importancia. Diversos códigos y normas específicos de la industria, así como los fabricantes de equipos originales, establecen requisitos mínimos para diversos tipos de mantenimiento. Los proveedores de mantenimiento de ascensores los traducen en los llamados MCP para garantizar que el mantenimiento se realice de forma uniforme en toda la base instalada.

Durante mucho tiempo, este enfoque para el mantenimiento de ascensores ha demostrado su eficacia. Sin embargo, varios desafíos clave están poniendo a prueba las limitaciones del mantenimiento convencional. El más crucial es que la creciente base instalada necesita ser mantenida por un número cada vez menor de técnicos de ascensores cualificados. Este desafío se ve agravado por la variación geográfica de los códigos y normas, cuyo conocimiento práctico requerido aumenta las barreras de entrada y limita la movilidad laboral.

Afortunadamente, estos desafíos pueden abordarse cada vez más mediante la aparición de tecnologías de monitorización remota de tercera generación basadas en el concepto de fusión de sensores. Este artículo explicará cómo el uso de estos datos de máquinas puede ayudar a consolidar el mantenimiento de ascensores a través de las fronteras nacionales y de diferentes códigos, abarcando las siguientes áreas:
♦ La historia y los conceptos del mantenimiento de ascensores (fundamental)
♦ Principales desafíos que afectan el mantenimiento de los ascensores convencionales (contexto relevante)
♦ Dejar que los ascensores nos digan qué mantenimiento es necesario y cuándo (aplicación práctica)

3. Historia y conceptos del mantenimiento de ascensores

Antes de la revolución industrial, cualquier servicio, siquiera remotamente comparable a lo que hoy consideramos mantenimiento de equipos, era escaso. Una notable excepción fueron las fábricas de papel, propiedad de la familia francesa Montgolfier y operadas por ella. Alrededor del año 1800, comenzaron a implementar un mantenimiento regular, asignando 35 días de mantenimiento al año.^{[ 9 ]} La rápida mecanización de nuestro mundo durante la revolución industrial demostró lo que los Montgolfier ya habían comprendido: la necesidad de un mayor mantenimiento preventivo.

El ascensor moderno, tal como lo conocemos hoy, también es producto de la revolución industrial. Aunque los elevadores, en sus diversas formas, existían desde la antigüedad, sus diseños eran inherentemente inseguros. En 1853, Elisha Graves Otis presentó su invento del freno de seguridad en la Exposición Crystal Palace de Nueva York. En una demostración pública, se elevó a una plataforma por encima de una multitud y luego cortó la cuerda de suspensión con un hacha. "¡Todo a salvo!", proclamó mientras su dispositivo de seguridad detenía la caída.^{[ 10 ]} En 1857, se instaló el primer ascensor de pasajeros (a vapor) en los grandes almacenes Haughwout de Nueva York.

Originalmente, el mantenimiento de ascensores era sencillo: si se estropeaba, se reparaba. El mantenimiento era puramente reactivo; esto se conoce comúnmente como mantenimiento correctivo. Sin embargo, sin inspecciones periódicas, la degradación del equipo por desgaste pasa desapercibida, lo que provoca averías frecuentes. Aunque esto pueda parecer obvio hoy en día, la oportunidad perdida de anticipar los beneficios del mantenimiento preventivo regular generó un renovado escepticismo sobre la seguridad de los ascensores y, consecuentemente, una reticencia a adoptarlos a gran escala en nuestra vida diaria.

Al otro lado del mundo, en lo que entonces era el Reino de Prusia (hoy Alemania), este escepticismo dio lugar a la primera normativa de seguridad para ascensores en 1884, bajo el nombre de “die Einrichtung und den Betrieb von Aufzügen”.^{[ 11 ]} Unos años antes, durante la Exposición Comercial y Agrícola de Mannheim-Pfalzgau de 1880, Werner von Siemens presentó el primer ascensor eléctrico, curiosamente un subproducto del diseño ferroviario.^{[ 12 ]} En 1887, en Estados Unidos, Alexander Miles diseñó un ascensor que abría y cerraba automáticamente las puertas de la cabina y del rellano al llegar o salir de un piso determinado.^{[ 13 ]}

Fue en esta época cuando la adopción de ascensores de pasajeros despegó. Los diseños de ascensores comenzaron a ser más prácticos y fáciles de usar, mientras que las preocupaciones sobre seguridad y fiabilidad se abordaban cada vez más mediante inspecciones periódicas. Sin embargo, el mantenimiento preventivo regular aún no estaba codificado. En Estados Unidos, la elaboración de códigos para ascensores recayó inicialmente en la Asociación de Fabricantes de Ascensores, pero posteriormente pasó a manos de la Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos (ASME).^{[ 14 ]} En 1921, ASME emitió el Código A17 de normas de seguridad para la construcción, operación y mantenimiento de ascensores, montaplatos y escaleras mecánicas.^{[ 15 ]} — el primer código de seguridad para ascensores con una sección dedicada al mantenimiento preventivo.

Desde su introducción, años de experiencia han ampliado esta sección. Se tuvieron en cuenta tanto los métodos de mantenimiento habituales como los nuevos, así como los cambios tecnológicos. A medida que los elementos de mantenimiento se hicieron más numerosos en el código, convergieron en un programa de mantenimiento. El lenguaje actual especifica un MCP y se basa tanto en el rendimiento como en la prescripción.^{[ 16 ]}

Estos MCP debían ser adoptados por empresas especializadas en mantenimiento de ascensores y aplicados en la práctica en sus operaciones de mantenimiento preventivo. En esencia, el mantenimiento preventivo es un proceso de inspección, lubricación, limpieza y ajuste rutinarios de piezas, componentes y subsistemas para garantizar que el rendimiento del ascensor cumpla con los requisitos de la normativa aplicable. Los MCP lo guían al prescribir los trabajos necesarios a realizar, proporcionar un registro del trabajo realizado y contener los registros de finalización.

Aunque el énfasis se ha desplazado del mantenimiento reactivo al preventivo debido a la naturaleza de los equipos electromecánicos, las averías de los ascensores siguen siendo inevitables. Incluso con un mantenimiento regular, se acepta que el número de averías es de hasta cuatro al año.^{[ 17 ]} Por lo tanto, las operaciones de mantenimiento de ascensores comprenden convencionalmente tanto el mantenimiento preventivo como el reactivo:

1. El mantenimiento preventivo busca abordar la degradación del equipo causada por el desgaste debido al uso normal. El desgaste suele provocar daños que hacen que el sistema deje de funcionar en condiciones óptimas, pero aún pueda funcionar satisfactoriamente.^{[ 18 ]}
2. El mantenimiento correctivo busca solucionar averías en equipos cuyo desgaste ha provocado un fallo por el cual el sistema ya no puede funcionar satisfactoriamente (un cambio que produce una reducción inaceptable en la calidad). ^{[ 18 ]} Otra causa de averías del equipo puede ser el uso incorrecto por parte del público ciclista (tanto involuntario/accidental como intencionado/vandálico).
   

Si bien muchos factores pueden afectar la vida útil de un ascensor, una pauta general es que los ascensores de 20 años o más son candidatos probables para la modernización. Una vez que un ascensor tiene entre 20 y 25 años, generalmente estará llegando al final de su vida útil. Después de este tiempo, probablemente se requerirá un mantenimiento más frecuente para el mantenimiento del equipo. Aun así, la confiabilidad general disminuirá. La Figura 1 visualiza conceptualmente las fases de la vida útil del equipo.

4. Principales desafíos que afectan el mantenimiento de ascensores convencionales

Aunque los profesionales del sector suelen comparar las operaciones de mantenimiento de ascensores con la lucha contra incendios, muchos de los desafíos diarios percibidos se pueden atribuir a causas subyacentes más fundamentales. Esta sección explorará dos de estas causas: una es una megatendencia general intersectorial que, sin embargo, tiene un impacto muy específico en cada sector, y otra es un problema puramente sectorial.

La megatendencia general intersectorial se refiere al crecimiento continuo de la industria de los ascensores impulsado por la urbanización.^{[ 1,2 ]} Si bien un mercado en constante crecimiento es un buen reto, la creciente base instalada debe mantenerse con un número cada vez menor de técnicos de ascensores cualificados. Esto provoca un aumento constante de unidades en mantenimiento por técnico, lo que, a su vez, exige reducir el tiempo dedicado a cada visita de mantenimiento para que la carga de trabajo total sea manejable. El creciente conflicto entre la capacidad de brindar la calidad de servicio deseada y mantener una carga de trabajo total manejable presenta un dilema para las operaciones diarias de mantenimiento de ascensores.

Según la Oficina de Estadísticas Laborales de EE. UU., se proyecta que el empleo de instaladores y reparadores de ascensores crezca un 6 % entre 2023 y 2033, más rápido que el promedio de todas las ocupaciones.^{[ 19 ]} Aunque el envejecimiento de la población ya reduce la disponibilidad de trabajadores en general, el rápido auge de internet y las industrias que se han desarrollado a su alrededor están creando nuevos empleos que antes no existían. Por lo tanto, a medida que la fuerza laboral envejece y se crean más empleos, se prevé que el acceso reducido a mano de obra cualificada persista durante las próximas décadas. Si bien las estadísticas varían de un país a otro, la misma tendencia se reconoce generalmente en otros mercados de ascensores, donde el mantenimiento de la base instalada existente representa la mayor parte del negocio total de ascensores.

El problema más específico de la industria es el estancamiento en los esfuerzos por armonizar códigos y normas. En esencia, la localización de códigos aumenta la complejidad, reduce las economías de escala e impone barreras a la movilidad laboral. Si bien los beneficios de la armonización son generalmente aceptados dentro de la industria, la convergencia también requiere concesiones. Este esfuerzo se canaliza a través del Comité TC 178 de la Organización Internacional de Normalización (ISO), compuesto por expertos de comités nacionales.

En los últimos 30 años, se ha observado una clara tendencia hacia la convergencia con la Norma Europea (EN) 81-1/2 (revisada desde 2014 a la EN 81-20/50). Sin embargo, los códigos de larga data en mercados consolidados de servicios de ascensores, como el código armonizado ASME A17.1/B44 adoptado en EE. UU. y Canadá (y, respectivamente, el BSLJ en Japón), siguen demostrando su eficacia. Es fundamental comprender que los enfoques subyacentes entre la EN 81, por un lado, y la ASME A17.1/B44 (y, respectivamente, el BSLJ), por otro, son intrínsecamente diferentes:
♦ EN 81 es un código basado en el rendimiento, que utiliza documentos de certificación.
♦ ASME A17.1/B44 y BSLJ son códigos prescriptivos que requieren el cumplimiento del código.

Debido a estos diferentes enfoques de codificación, declarar la equivalencia conlleva riesgos inherentes. En 2015, el ISO TC 178 actualizó la hoja de ruta de convergencia, omitiendo los años de trabajo que normalmente requiere la armonización y, en su lugar, adoptando las Normas Europeas basadas en el rendimiento en la nueva ISO 8100, Partes 1 y 2. Esto generó comprensibles preocupaciones por parte de diversas partes involucradas en el trabajo del comité técnico.

Desde 2018, el progreso hacia la convergencia hacia un código de ascensores verdaderamente global se ha estancado. Los códigos adoptados a nivel mundial muestran que los únicos países que no se han alineado con la norma EN 81-1/2 son EE. UU., Canadá y Japón, según el ISO TC 178 de 2015.

En Estados Unidos, existe una fragmentación significativa, ya que no todas las autoridades competentes (AC) adoptan automáticamente la última versión del código ASME A17.1/B44 una vez publicada. La última versión del código data de 2022, mientras que, por ejemplo, la AC que gestiona la mayor base de ascensores instalados en Estados Unidos (el estado de California) aún aplica la versión de 2003. Además, existen numerosas ordenanzas locales que difieren entre las AC. Esto supone una barrera para la movilidad laboral, tanto de quienes se incorporan al sector como de los profesionales que desean cambiar de empresa, incluso a nivel local, ya que varias áreas metropolitanas de gran tamaño se extienden entre diferentes AC.

5. Dejar que los ascensores nos digan qué mantenimiento se necesita y cuándo

Muchas de las principales empresas de ascensores del mundo desarrollaron e introdujeron sus primeras versiones de sistemas de monitorización remota (RMS) a finales de la década de 1980 y a lo largo de la década de 1990. Estos sistemas de primera generación se basaban principalmente en datos de diagnóstico preprocesados ​​del sistema de control del ascensor, utilizando análisis rudimentarios y pocos sensores. Estos sistemas se desarrollaron antes de la llegada de internet, por lo que solían almacenar los datos en bases de datos locales.

Estos sistemas de primera generación innovaron en la industria de los ascensores, convirtiéndola en una de las primeras en adoptar la tecnología de monitorización remota. Sin embargo, las limitaciones tecnológicas también implicaron que estos sistemas originales presentaban poca integración con el flujo de trabajo y, por lo tanto, una materialización inconsistente de los beneficios, en el mejor de los casos. El rápido auge y la adopción generalizada de internet, que comenzó en la década de 1990, dieron lugar a la siguiente generación de tecnología de monitorización remota basada en el Internet de las Cosas (IdC).

El término “Internet de las cosas” fue acuñado por primera vez por el pionero tecnológico británico Kevin Ashton en 1999.^{[ 20 ]} En esencia, IoT se refiere a una red de elementos físicos o “cosas” (en el contexto de este documento, “cosas” son ascensores) que incorporan sensores, software y otras tecnologías con el propósito de conectar y compartir datos con otros dispositivos y sistemas a través de Internet.

En esencia, el IoT proporcionó una infraestructura troncal que resolvió muchas de las limitaciones tecnológicas previas. Por ejemplo, la tecnología en la nube proporcionó accesibilidad desde cualquier lugar y con cualquier dispositivo, seguridad de datos centralizada, mayor rendimiento y disponibilidad, desarrollo rápido de aplicaciones y capacidad de almacenamiento ilimitada. Dentro de la nube, las tecnologías de aprendizaje automático (ML) permitieron procesar y adaptarse a grandes cantidades de datos; mediante algoritmos estadísticos, el ML pudo aprender de los datos, generalizar datos ocultos y, de este modo, realizar tareas sin instrucciones explícitas de los usuarios. Los RMS que aprovechan una infraestructura troncal del IoT se suelen denominar RMS de segunda generación.

Sin embargo, no se reevaluaron los tipos de datos de entrada utilizados. El controlador del ascensor, que es el proverbial "cerebro y sistema nervioso central", se consideró generalmente la fuente más lógica para obtener todos los datos relevantes necesarios. La suposición general subyacente era que los técnicos de ascensores ya utilizaban ampliamente las capacidades de diagnóstico del controlador como principal fuente de información. En aquel momento, el énfasis estaba en armonizar los flujos de trabajo y centralizar las herramientas de diagnóstico. Esto significó que los datos de diagnóstico preprocesados ​​de los sistemas de control del ascensor seguían siendo prevalentes.

Las soluciones de IoT centradas en el controlador de ascensores pronto demostraron que presentaban sus propias limitaciones en términos de compatibilidad entre diferentes marcas, modelos y generaciones de equipos de ascensores, así como limitaciones en la calidad de los datos y la facilidad de uso.

Las limitaciones de compatibilidad se debían a la amplia variedad de conectores de hardware utilizados para la interfaz con el controlador del ascensor, es decir, a la forma en que el software del dispositivo IoT edge interactuaba con él. Muchos controladores de ascensores de generaciones anteriores no ofrecían la capacidad de interactuar y requerían una modernización. Desde la perspectiva de los datos, para modelar la detección de fallos, el aprendizaje automático (ML) debe determinar cómo funciona un ascensor dentro de los parámetros operativos normales, cómo estos cambian antes de una avería y, finalmente, cómo se manifiesta realmente la avería. El controlador del ascensor solo proporciona códigos de error y cambios de estado cuando surge un problema, lo que limita drásticamente la capacidad predictiva del ML.

A principios de la década actual, comenzaron a surgir en la industria las primeras soluciones de IoT que utilizaban datos directamente del borde del sensor. En ese momento, entró en juego el concepto de fusión de sensores. A diferencia de las generaciones anteriores, que tomaban datos de diagnóstico preprocesados ​​del controlador del ascensor, la fusión de sensores toma sus datos directamente en... the source de múltiples sensores diferentes que trabajan en paralelo. De esta manera, se pueden aplicar las leyes universales de la física. Si bien el IoT todavía se utiliza como infraestructura principal, el enfoque en la adquisición de datos es tan diferente que las soluciones basadas en la fusión de sensores suelen denominarse la tercera generación de RMS. Otra diferencia clave es que, en esta ocasión, las empresas de ascensores especializadas en tecnología de sensores o las startups tecnológicas fueron las pioneras. Esto ha permitido el acceso a tecnologías de tipo RMS a un grupo más amplio de proveedores de mantenimiento de ascensores.

Cuando se sintetiza correctamente, la fusión de sensores ayuda a reducir la incertidumbre en la percepción de la máquina, ya que cada sensor individual tiene sus propias ventajas y desventajas. Usar un solo sensor para identificar el entorno circundante no es lo suficientemente confiable, lo que se traduce en errores en el resultado producido. Por el contrario, los algoritmos de fusión de sensores procesan todas las entradas y, posteriormente, producen resultados con mayor precisión y confiabilidad, incluso cuando las mediciones individuales no siempre son lo suficientemente confiables. El concepto de fusión de sensores resuelve así las limitaciones inherentes al uso de los datos de diagnóstico del controlador del ascensor, es decir, los códigos de error y los cambios de modo de estado. Los sensores se pueden aplicar universalmente independientemente de la marca, el modelo o la antigüedad del equipo. Además, al usar datos tomados directamente del borde del sensor, las limitaciones de calidad de los datos y usabilidad se anulan gracias a la capacidad de aplicar las leyes universales de la física.

La universalidad en el acceso a la tecnología, así como la consistencia en la adquisición de datos, permiten ahora la adopción generalizada de MCP dinámicos. Si bien los MCP no contemplaban inicialmente la monitorización remota, no impiden, ni directa ni indirectamente, el uso de la información práctica que proporcionan estos sistemas. Al considerar las particularidades de cada ascensor, se puede optimizar significativamente el tiempo de inactividad sin comprometer la calidad del servicio.

Además, la infraestructura troncal del IoT también permite tener en cuenta los requisitos específicos del código y las ordenanzas locales por cada autoridad competente. De esta forma, se garantiza el cumplimiento de los requisitos de mantenimiento aplicables sin necesidad de una formación exhaustiva. Esto reduce la barrera para la movilidad de los trabajadores.

Conclusiones

Impulsada por una población mundial en constante crecimiento que cada vez considera más a las ciudades como su hogar, la megatendencia de la urbanización^{[ 1,2 ]} Inevitablemente, el número de usuarios de ascensores aumentará cada vez más. Dado que los ascensores son equipos electromecánicos, el mantenimiento adecuado se vuelve cada vez más necesario.
importante también

Sin embargo, la creciente base instalada necesita ser mantenida por un número cada vez menor de técnicos de ascensores cualificados. La capacidad de ofrecer la calidad de servicio deseada y, al mismo tiempo, mantener una carga de trabajo manejable presenta un dilema para las operaciones diarias de mantenimiento de ascensores. Esto se agrava aún más por la menor movilidad de los trabajadores debido a la fragmentación del panorama en cuanto a la armonización y la adopción de versiones del código de ascensores. Estos desafíos someten cada vez más a presión los enfoques convencionales de mantenimiento de ascensores.

Las tecnologías emergentes dieron lugar recientemente a la tercera generación de RMS, basada en el concepto de fusión de sensores. A diferencia de las generaciones anteriores, que toman datos de diagnóstico preprocesados ​​del controlador del ascensor, la fusión de sensores toma sus datos directamente en the source Gracias a múltiples sensores que trabajan en paralelo, se aplican las leyes universales de la física al análisis de datos. De esta forma, cada ascensor, independientemente de su marca, modelo o antigüedad, puede equiparse con un RMS.

Al considerar las características específicas de cada ascensor, los MCP se vuelven dinámicos según las necesidades reales de mantenimiento. De esta forma, los datos de la máquina pueden ayudar a consolidar el mantenimiento de los ascensores a través de las fronteras nacionales y de diferentes códigos.

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