El uso de la tecnología IoT para permitir una identificación y un seguimiento más tempranos de las averías en los ascensores

Un resumen de la disertación ganadora del segundo Premio Alex MacDonald inaugural

por Paul Clements

La intención de este documento es proporcionar un resumen de los trabajos realizados desde noviembre de 2018 hasta septiembre de 2019 reflejados en las 138 páginas de la disertación, que se llevó a cabo en la Universidad de Northampton.

Al aplicar una solución IoT en un ascensor, se pueden configurar sensores en componentes clave, que luego transfieren datos al dispositivo de gestión. Luego, el dispositivo de administración se conectará a Internet a través de un enrutador 4G o un puerto Ethernet que envía los datos a la plataforma basada en la nube. Luego, los datos se pueden analizar y administrar a través de Internet a través de una computadora o dispositivo móvil donde se puede usar la escritura de scripts para programar notificaciones cuando la condición del ascensor está fuera de los parámetros establecidos.

Necesidades

Desde la introducción del primer 'dispositivo inteligente' conocido en 1982, donde los estudiantes de la Universidad Carnegie Mellon, Pittsburgh, Pensilvania, instalaron microinterruptores en una máquina de Coca-Cola para verificar los niveles de almacenamiento y la temperatura de las bebidas refrigeradas (Smith G, 2015 ); la tecnología de Internet de las cosas (IoT) tenía un enorme potencial en todos los ámbitos de la vida.

Ahora, la tecnología IoT se ha desarrollado tanto que varios dispositivos, desde electrodomésticos hasta sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado (dentro de edificios comerciales), utilizan identificación por radiofrecuencia (RFID) y protocolo de control de transmisión/protocolo de Internet (TCP/IP) para conectarse de forma inalámbrica a una red y proporcionar grandes cantidades de datos sin intervención humana.

Con los equipos de elevación, existe una enorme cantidad de datos que se pueden recopilar, analizar y utilizar para mejorar la confiabilidad del equipo y con las técnicas de mantenimiento.

En la actualidad, los datos los recopilan predominantemente las empresas de mantenimiento de ascensores y los clientes a través de los centros de llamadas del contratista de mantenimiento; luego se analizan los datos y se toma una decisión sobre cómo evitar llamadas repetitivas. Esta técnica también se conoce como mantenimiento correctivo, que puede resultar un enfoque costoso tanto para el cliente como para el contratista.

Se entiende que la industria de los ascensores se está moviendo hacia el uso de la tecnología IoT, con varios actores clave, como KONE, Otis, thyssenkrupp y Schindler, todos desarrollando sus propias estrategias comerciales utilizando IoT.

Estos desarrollos me guiaron a la hipótesis: el uso de la tecnología IoT permitirá identificar y monitorear antes las fallas en los ascensores.

Objetivos

Los objetivos de este estudio fueron los siguientes:

• Investigar la historia de la tecnología IoT y sus desarrollos.
• Investigar cómo se puede utilizar la tecnología IoT en la industria de los ascensores
• Investigar para qué se utiliza actualmente IoT en la industria de los ascensores

El objetivo general fue investigar los temas anteriores para establecer la efectividad de la tecnología IoT y su relación con la identificación/supervisión de fallas.

Objetivos

Para este trabajo de investigación se establecieron los siguientes objetivos:

• Para analizar datos de llamadas para una cartera de varias edades/tipos de equipos de elevación
• Identificar fallas comunes dentro de la muestra de datos obtenidos
• Identificar usos de la tecnología IoT y establecer una conexión/vínculo entre fallas de ascensores y enfoques de monitoreo de IoT
• Implementar experimentos a pequeña escala en los que se utilice la tecnología IoT para monitorear las fallas comunes encontradas en los datos de llamada obtenidos.
• Explorar cómo se utiliza actualmente la tecnología IoT en la industria de los ascensores.
• Analizar los datos obtenidos de los contratistas que están probando esta tecnología.

Las preguntas clave que han sido respondidas son:

• ¿Cuál es la antigüedad del equipo del que se han recopilado los datos?
• ¿Qué tipos de llamadas se están grabando y se pueden categorizar?
• ¿Se puede usar la tecnología IoT actual para monitorear las fallas que se han encontrado dentro de los datos?
• ¿Cuáles son los beneficios para las partes interesadas clave (p. ej., propietarios de equipos, empresas de mantenimiento)?
• ¿Existen otras mejoras para los tipos/regímenes de mantenimiento que pueden adoptar tecnologías IoT?

Metodología

Este estudio requirió un enfoque metódico para poder identificar tipos de llamadas comunes y si los sistemas IoT podrían usarse adecuadamente para el monitoreo de condiciones y la identificación temprana de fallas. La metodología utilizada para permitir la culminación exitosa de esta tesis es la siguiente:

Recopilación de datos

Los datos utilizados fueron recopilados mensualmente por los contratistas de mantenimiento mediante el uso de sus centros de atención telefónica y diferentes sistemas de captura de datos. Luego, estos datos se proporcionaron al cliente cada mes para permitir el análisis de cómo se estaban desempeñando. En general, se recopilaron datos de cuatro proveedores diferentes en 48 sitios diferentes y un total de 114 ascensores.

Los datos contienen información de la fecha/hora en que se recibieron las llamadas de avería (llamadas); el detalle proporcionado en la llamada; la falla encontrada en el sitio; cualquier otra acción requerida; la fecha y hora en que se completó la llamada y el número de referencia de la llamada.

Los datos recopilados fueron de un período de 13 meses, entre el 1 de diciembre de 2017 y el 31 de diciembre de 2018, lo que proporcionó un conjunto de datos lo suficientemente grande para el análisis.

Identificación y análisis de fallas

Se analizaron los datos recopilados del cliente y se extrapolaron los detalles para identificar los distintos tipos de llamadas y analizar cualquier tendencia que se haya observado. La información recopilada ha proporcionado una gran cantidad de datos que, en sí mismos, pueden clasificarse como "big data".

Se utilizó un paquete de software llamado Microsoft Power BI (Rouse, 2019) para el análisis de estos datos de llamadas. Este sistema basado en Microsoft utiliza datos que se compilaron en una hoja de cálculo de Excel para representar visualmente los diferentes tipos de llamadas y tendencias que se obtuvieron de la información recibida.

Los datos recopilados del cliente y los proveedores de ascensores se analizaron y revisaron con la intención de identificar varios tipos de llamadas que pueden ocurrir dentro de un sistema de ascensores. Estos tipos de llamadas luego se usaron para identificar dónde la tecnología IoT puede ayudar con la identificación de fallas antes de que ocurran.

Cuestionario

Se recopilaron más datos a través de una encuesta. Este cuestionario se envió a los contratistas de mantenimiento de ascensores y a los consultores de ascensores para que respondieran.

La encuesta se creó con SurveyMonkey™ (FinancesOnline, 2019), un portal que permite crear y distribuir encuestas personalizadas a través de un enlace que se puede usar varias veces. El sistema recopila las respuestas a las preguntas y permite el análisis de estas respuestas. Esto también muestra detalles de las tasas de respuesta, el tiempo promedio dedicado a responder el cuestionario y selecciona cualquier tendencia en las respuestas.

El cuestionario se envió a siete empresas de mantenimiento de ascensores ya una consultora. De estas empresas, seis permitieron la distribución de esto a sus equipos más amplios.

El propósito de este cuestionario era obtener detalles de personas competentes dentro de la industria de ascensores de:

• Fallos comunes experimentados
• Resoluciones típicas a las fallas comunes identificadas
• Conocimiento de tecnologías IoT.
• Donde las tecnologías IoT podrían ayudar con la detección de fallas comunes señaladas

Experimento

Se llevó a cabo un experimento a pequeña escala en algunos ascensores. Este experimento utilizó el resultado de la recopilación y el análisis de datos para identificar fallas comunes y emplear tecnología IoT para monitorear parámetros que pueden ayudar con la identificación temprana de estas fallas.

Se compraron sensores IoT de bajo costo con el fin de medir varios parámetros y alertar automáticamente al autor cuando se identificaron posibles fallas o la condición del ascensor/ambiente podría causar una falla. Luego de la identificación positiva de una falla, se realizaron llamadas al proveedor de mantenimiento y se resolvió el problema.

Junto con los sensores IoT, también se adquirió una cámara IP, que permite el acceso remoto a través de aplicaciones de escritorio y móviles.

Los siguientes sensores se usaron a lo largo de los experimentos. Las justificaciones de esta elección fueron:

• A través del conocimiento obtenido al revisar los desarrollos en tecnologías IoT, se identificó que la temperatura, la humedad, el movimiento y la luz se pueden monitorear mediante el uso de dispositivos de bajo costo.
• Se identificó que estos dispositivos eran relativamente fáciles de programar y crear códigos para proporcionar notificaciones.
• El presupuesto total para este estudio fue restringido y los sensores comprados fueron de un costo relativamente bajo.

La tecnología IoT utilizada en este experimento se compró en un sitio web llamado wirelesstags.net. Estas "etiquetas" pueden conectarse a Internet y recopilar diferentes datos, como el movimiento de la etiqueta, el movimiento infrarrojo, el contacto, la temperatura y la humedad.

Los datos se almacenan en un sistema basado en la nube al que se puede acceder desde cualquier parte del mundo.

Productos de etiquetas inalámbricas

El sistema de etiquetas inalámbricas funciona mediante el uso de un "administrador de etiquetas" basado en Ethernet. Este dispositivo se conecta a Internet a través de un cable ethernet y funciona con un microUSB. El enrutador que se conecta a este dispositivo debe permitir "10Base-T" y un "servidor DHCP". El cortafuegos debe permitir "la conexión HTTP saliente (puerto 80) y el puerto 6667".

Un solo administrador de etiquetas puede permitir que hasta 40 sensores separados se conecten y envíen datos al sistema basado en la nube.

Las etiquetas disponibles en wirelesstag.net se muestran en las figuras 5-8:

• La Figura 5 muestra un Wireless Sensor Tag Pro ALS, que puede monitorear los cambios en la luz ambiental, la temperatura, la humedad y el movimiento.
• La Figura 6 muestra un KumoSensor PIR, que puede detectar movimiento y el tiempo de espera de no movimiento dentro de un período de tiempo determinado. Este sensor también puede monitorear la temperatura y la humedad.
• La Figura 7 muestra un Reed KumoSensor, un sensor basado en contacto que monitorea cuando las puertas/ventanas están abiertas/cerradas junto con la temperatura y la humedad.
• La Figura 8 muestra un sensor inalámbrico de agua/humedad, que monitorea los niveles de agua y la presencia de agua en un área seca o húmeda. Este sensor también controla la temperatura y la humedad.

Estos sensores operan en un rango máximo de 210 m en la línea de visión del administrador de etiquetas; proporcionar una vida útil de la batería de 2 a 7 años; operar entre -40°C y + 85°C; proporcionan lecturas de precisión de hasta +/‐ 0.4 °C y tienen un sensor de luz con un rango de 0.1 ~ 200,000 XNUMX lux. Los detalles completos de las especificaciones técnicas de estos sensores se pueden encontrar en el apéndice C.

Los datos capturados por estos sensores están disponibles a través de teléfonos inteligentes y plataformas basadas en la web a las que se accede con un nombre de usuario y contraseña por medidas de seguridad.

Los resultados del análisis de datos y la encuesta del cuestionario proporcionaron detalles de varios fallos que suelen ocurrir en los sistemas de ascensores. El conocimiento de lo que se puede monitorear con estos sensores permitió tomar decisiones informadas sobre dónde se podrían usar los sensores para ayudar con el monitoreo de condiciones (es decir, temperatura, humedad, etc.) y, por lo tanto, proporcionar una identificación más temprana de fallas.

Conclusiones

Aunque las tecnologías IoT han existido por más de 30 años, los desarrollos en esta tecnología durante los últimos 10 años han visto conjuntos de chips más pequeños y bajos costos; Los sensores listos para usar ahora están disponibles para que los usen los consumidores cotidianos. La industria de los ascensores se ha desarrollado significativamente durante el siglo pasado con varios avances en la tecnología del sistema de control y los regímenes de mantenimiento, y los desarrollos recientes se centran en la implementación de tecnologías IoT en los paquetes estándar que suministran los principales fabricantes de ascensores, junto con la adaptación de estos sistemas a los ascensores en mantenimiento. portafolios

Los principales fabricantes de ascensores tienen grandes presupuestos disponibles para desarrollar sus propios sistemas para recopilar grandes cantidades de datos que pueden analizarse y utilizarse para desarrollar regímenes de mantenimiento más inteligentes y perspicaces. Esto les permitiría predecir e incluso adelantarse a posibles fallas con el objetivo de identificar las expectativas de vida de los componentes individuales. Aunque este desarrollo tecnológico ayudará al cliente a largo plazo, estos fabricantes se están centrando más en los beneficios internos para sus organizaciones que en el beneficio para el cliente, lo que puede ser una de las razones por las que la industria de los ascensores ha tardado más en adoptar esta tecnología.

Las empresas independientes de mantenimiento de ascensores no disponen de presupuestos tan elevados para desarrollar estos sistemas. Sin embargo, los últimos desarrollos con la tecnología IoT significan que con el uso de unos pocos sensores, se puede implementar un sistema a bajo costo para monitorear el estado de varios componentes y el análisis de los datos recopilados se utiliza para ayudar con la identificación temprana de fallas.

El análisis de los datos de llamadas recopilados durante un período de 13 meses muestra que hay una variedad de fallas que pueden ocurrir en los ascensores. Sin embargo, estos se pueden agrupar en diferentes secciones del sistema de elevación, lo que facilita la comprensión de dónde ocurren los problemas y ayuda a identificar qué podría ser monitoreado por los sensores.

Un cuestionario emitido a varias partes interesadas dentro de la industria de los ascensores ha confirmado los hallazgos dentro del análisis de datos de llamadas y ayuda a comprender las fallas comunes que ocurren y cómo se pueden usar las tecnologías de IoT para ayudar con el monitoreo de condiciones y la detección temprana de fallas.

Los experimentos que utilizan sensores IoT listos para usar, una cámara, una pequeña comprensión de la escritura de guiones y enrutadores 4G han demostrado que las partes interesadas clave, como compañías de ascensores independientes, consultores e incluso clientes, pueden implementar soluciones de bajo costo para proporcionar en tiempo real datos sobre el estado del ascensor. Se pueden hacer suposiciones utilizando los datos recopilados para ayudar a detectar y resolver fallas antes.

Con un poco de preparación del sitio, como la instalación de puertos Ethernet adicionales y fuentes de alimentación dentro de la sala y el hueco del motor del ascensor, se pueden instalar sensores de temperatura, humedad y movimiento alrededor del sistema para proporcionar esta información a las partes interesadas clave que podrían estar ubicadas en cualquier lugar el mundo.

Donde los puertos Ethernet no están disponibles, se pueden suministrar enrutadores 4G. Sin embargo, a medida que se identificaron los experimentos y los principales proveedores, existen problemas potenciales que pueden ocurrir con la intensidad de la señal que deben tenerse en cuenta durante la instalación de estos sistemas.

Otros elementos a tener en cuenta al instalar este tipo de sistemas son:

• Colocación de los sensores: ¿qué datos se están obteniendo?
• Diseño de ascensor: estos pueden ser diferentes, y es posible que sea necesario instalar sensores en diferentes lugares para obtener el mismo tipo de datos en diferentes equipos (por ejemplo, movimiento de una polea, un contactor tirando hacia adentro o vibraciones dentro del motor).
• Integración del sistema: si el sistema funcionará junto con componentes como enrutadores 4G que permitan el acceso a los puertos correctos que permitan que los sistemas se conecten.
• Señalización: garantizar que todas las partes interesadas conozcan la tecnología utilizada para que no perturben accidentalmente los sensores.
• Duración de la batería de los sensores: comprenda los límites de los dispositivos y cómo optimizar la duración de la batería cambiando configuraciones como las notificaciones.
• Uso de datos: al usar enrutadores 4G para aplicaciones específicas, considere el uso de datos requerido.

Se utilizó el análisis de fallas de un conjunto de muestra de ascensores combinado con la confirmación de dichas fallas por parte de expertos de la industria (usando un cuestionario) para identificar que el 70% de las llamadas registradas en el conjunto de muestra podrían identificarse mediante dispositivos de bajo costo que monitorean la temperatura, la humedad , humedad y movimiento.

En general, este estudio ha identificado con éxito que los sistemas IoT se pueden usar para monitorear el estado de los ascensores y ayudar con la identificación temprana de fallas. Los sistemas IoT utilizados dan como resultado respuestas reactivas a fallas que los dispositivos informan automáticamente. Esto proporciona un beneficio tanto para el cliente como para el contratista de mantenimiento.

Los principales contratistas de ascensores mencionados a lo largo de este estudio están aplicando estos sistemas a sus carteras de mantenimiento y, además, están aplicando análisis a los datos recopilados. Están tratando de lograr un sistema que pueda predecir cuándo va a ocurrir una falla para poder atender y resolver el problema antes de que ocurra. Los científicos de datos y los ingenieros de ascensores están implementando técnicas de aprendizaje automático, lo que requiere grandes inversiones.

Antes de que se puedan usar algoritmos de aprendizaje automático, se deben recopilar datos. Los datos recopilados a lo largo de este estudio podrían ser analizados por científicos de datos en el futuro cuando los paquetes analíticos estén disponibles para la industria de ascensores independientes.

Hay varios beneficios al usar el sistema IoT dentro de este estudio en comparación con los sistemas implementados por los principales proveedores de ascensores:

• Los costos son significativamente más bajos en comparación con los sistemas que están implementando las grandes empresas.
• Los principales proveedores se están enfocando en instalar sus sistemas por su cuenta, los nuevos equipos primero. El sistema en este estudio es adaptable para equipos de cualquier fabricante.
• El sistema IoT mencionado en este estudio se puede usar como una solución permanente para el monitoreo de condiciones y la detección de fallas, y como una solución temporal para identificar las causas principales de fallas intermitentes, como el sobrecalentamiento.
• El sistema dentro de este informe no requiere que un cliente esté sujeto a un contrato específico por el cual solo el instalador del equipo puede usar el sistema.

• Figura 1: Configuración típica de un sistema IoT en ascensores
• Sensores IoT (1)
• Sistema de gestión de sensores (2)
• Enrutador o sistema ethernet (3)
• la nube (4)
• Interfaz de computadora (5)
• Interfaz móvil (6)