Modellazione del rilevamento dei guasti delle porte degli ascensori tramite fusione di sensori

Questo articolo è stato presentato per la prima volta al 15° Simposio sulle tecnologie di ascensori e scale mobili nel settembre 2024 e pubblicato su liftescalatorlibrary.org.

di Daan Smans

parole chiave: Porte, effetto moltiplicatore, fusione di sensori, apprendimento automatico, Internet delle cose (IoT)

Astratto

Sebbene acciaio e cemento rendano possibile costruire edifici sempre più alti, e vetro e sistemi di controllo ambientale stiano rendendo gli edifici alti abitabili, sono gli ascensori a renderli effettivamente utilizzabili. Non sorprende che gli ascensori costituiscano sempre più il cuore degli edifici.

Il valore percepito di un ascensore dipende in larga misura dalle sue prestazioni effettive, tipicamente espresse in termini di "disponibilità" o "tempo di attività". Compensare i tempi di inattività aggiungendo ulteriori ascensori al centro di un edificio non è una soluzione praticabile. L'ingombro esteso del/i vano/i ascensore/i riduce la superficie calpestabile disponibile dell'edificio, riducendone così la redditività economica. Pertanto, i tempi di inattività devono essere mitigati in modo diverso.

Esaminando l'anatomia dell'ascensore come sistema, diventa chiaro che la variabile più importante nella progettazione di un ascensore è il numero di porte necessarie. Con un rapporto ≥1 per piano, il sistema porte rappresenta il moltiplicatore di sforzi e materiali. I sistemi porte sono anche tra le parti più trafficate dell'ascensore, in genere si aprono e si chiudono ciclicamente a ogni corsa con carico, se non più spesso. Di conseguenza, i sistemi porte difettosi sono in genere responsabili della maggior parte dei tempi di fermo non pianificati dell'ascensore.

Tecnologie emergenti come la fusione di sensori combinano i dati provenienti da una moltitudine di sensori – ad esempio sensori ottici, accelerometri, giroscopi, sensori di temperatura, umidità, pressione barometrica, ecc. – migliorando l'accuratezza e l'affidabilità complessive nel rilevamento di potenziali guasti. Tra le altre cose, ciò consente di monitorare lo stato di salute tecnico di ogni singola porta per piano. Aggregando questa enorme quantità di dati nel tempo, il machine learning (ML) consente di identificare dove potrebbero verificarsi problemi e quando questi devono essere affrontati. L'Internet of Things (IoT), che funge da infrastruttura portante, consente a queste tecnologie di essere scalabili in modo sempre più economico.

1. introduzione

Dal punto di vista della manutenzione di un ascensore, le porte sono in genere la variabile chiave per valutare l'impegno complessivo richiesto per una corretta manutenzione delle apparecchiature. A differenza di altri sottosistemi di ascensori, il numero di porte di un ascensore aumenta con ogni piano dell'edificio, soprattutto quando un ascensore è configurato con un ingresso anteriore e uno posteriore alla cabina. 

Affinché i passeggeri possano utilizzare un ascensore, le porte devono aprirsi e chiudersi ciclicamente sia al piano di partenza che a quello di arrivo, consentendo l'ingresso e l'uscita dei passeggeri. Pertanto, le porte sono in genere tra le parti più trafficate dell'ascensore. Lo standard del settore prevede porte scorrevoli ad azionamento automatico, in quanto aumentano sia l'efficienza del flusso di passeggeri che la comodità. Le parti mobili necessarie per questa operazione sono soggette a usura che si accumula nel tempo a causa del normale utilizzo dell'ascensore. 

L'usura, combinata con il suddetto effetto moltiplicatore – ovvero un rapporto di ≥1 porta/e per piano – rende il sistema porte dell'ascensore l'area di interesse principale della manutenzione complessiva dell'ascensore. Inoltre, la maggior parte dei guasti degli ascensori si verifica proprio nei sistemi porte.^[1] Tuttavia: come si determina l'effettiva necessità di manutenzione per ogni porta? Combinando i dati provenienti da sensori posizionati direttamente sulle porte e attorno ad esse, l'analisi dei dati basata sulla fusione dei sensori può aiutare il personale addetto alla manutenzione a prendere decisioni più consapevoli sul tipo di manutenzione necessaria, dove e quando. 

A supporto di tale Conclusione (Sezione 5), il presente documento tratterà le seguenti aree: 

• Anatomia delle porte scorrevoli automatiche per ascensori (fondamentali)
• Approccio convenzionale alla manutenzione delle porte degli ascensori (contesto rilevante)
• Il concetto di Sensor Fusion applicato alle porte degli ascensori (applicazione pratica)

2. Anatomia delle porte scorrevoli automatiche per ascensori

Lo scopo di questa sezione è fornire conoscenze di base sul funzionamento delle porte scorrevoli automatiche per ascensori, lo standard attuale del settore. Questo per rendere questo documento più accessibile come lettura autonoma per coloro che non sono specializzati nella tecnologia degli ascensori, ma non intende essere esaustivo. Per ulteriori approfondimenti sulla tecnologia delle porte per ascensori, si rimanda al testo standard. Ascensori 101 di Zack McCain è consigliato.

Nel corso dei 172 anni di storia da quando Elisha Otis inventò l'argano di sicurezza che rese possibile l'ascensore moderno come lo conosciamo oggi,^[2] Le porte degli ascensori hanno avuto diverse configurazioni, spesso dettate dall'esigenza di maggiore sicurezza. I primi meccanismi delle porte degli ascensori consistevano in semplici porte incernierate che si aprivano e si chiudevano manualmente o con l'ausilio di sistemi meccanici. 

Lo sviluppo della moderna porta dell'ascensore è una storia che risale principalmente al XX secolo.^[3] Con il progresso tecnologico, sono emersi design più sofisticati. Lo standard industriale odierno sono le porte scorrevoli ad azionamento automatico. Questi tipi di porte si aprono e si chiudono automaticamente attraverso più pannelli che scorrono l'uno sull'altro per risparmiare spazio. La Figura 1 fornisce una panoramica schematica delle configurazioni tipiche delle porte scorrevoli. 

I meccanismi delle porte degli ascensori sono progettati per garantire il carico e lo scarico sicuri ed efficienti di passeggeri e merci, ove applicabile. La funzione principale delle porte degli ascensori è l'apertura e la chiusura per facilitare l'ingresso e l'uscita dei passeggeri. Affinché le porte degli ascensori funzionino automaticamente in modo sicuro e agevole, vengono utilizzati sensori e sistemi di controllo che rilevano il movimento dei passeggeri, garantendo rispettivamente un funzionamento tempestivo e sicuro.

Gli ascensori utilizzano due diverse tipologie di porte: le porte che si aprono sulla cabina (ovvero le "porte di cabina") e le porte che si aprono sul vano ascensore in corrispondenza di ogni piano accessibile dell'edificio (ovvero le "porte di piano"). Un requisito fondamentale per la progettazione delle porte degli ascensori è che le porte possano funzionare solo se il pavimento della cabina è allineato, entro i limiti di tolleranza accettati, a un piano di piano all'interno dell'edificio. Questa è definita zona di piano della cabina. 

Pertanto, è necessario un solo operatore di porte posizionato nella cabina dell'ascensore. Affinché le porte di cabina possano aprire e chiudere le porte di piano in modo sicuro e fluido, le porte di cabina utilizzano un meccanismo a frizione che sblocca la rispettiva porta di piano, consentendo alla porta di cabina di aprirle o chiuderle contemporaneamente. Le porte sono azionate da un motore elettrico, controllato da un'unità di controllo porte dedicata o, in alternativa, dal sistema di controllo principale dell'ascensore. Esistono due tipi comuni di configurazioni di operatori di porte:

Operatore porta armonico: un azionamento armonico, ovvero un motore elettrico contenente un dispositivo meccanico di variazione della velocità che riduce il rapporto di trasmissione di una macchina rotativa per aumentare la coppia, fa girare una ruota fissata a un set di bracci metallici che tirano o spingono i pannelli della porta per aprirli o chiuderli.

Operatore per porte a cinghia lineare: un azionamento lineare, vale a dire un motore elettrico che aziona una cinghia dentata orizzontale collegata alle porte per azionarne l'apertura e la chiusura, che utilizza una cinghia per muovere i pannelli delle porte per aprirli o chiuderli.

I pannelli delle porte sono appesi, nella parte superiore, a binari tramite una serie di rulli e, nella parte inferiore, guidati da lardoni che scorrono attraverso una soglia incassata nella cabina, rispettivamente in ciascuno dei piani di sbarco. In genere, ogni pannello delle porte presenta due rulli di sospensione che scorrono sopra o comunque all'interno delle guide delle porte, e due rulli di spinta sotto le guide delle porte che impediscono ai rulli di sospensione di fuoriuscire dalle guide. I lardoni sono in genere elementi statici realizzati in acciaio rivestito in plastica, feltro o altro tipo di materiale resistente ma relativamente morbido per garantire lo scorrimento fluido e silenzioso delle porte attraverso la soglia. 

Possono esserci molteplici motivi per cui le porte degli ascensori debbano riaprirsi inaspettatamente. Per mitigare il potenziale rischio di lesioni personali, danni alle merci e alle porte dell'ascensore, le porte scorrevoli automatiche devono essere dotate di un dispositivo di riapertura (noto anche come "costa di sicurezza") che le riavvii in caso di ostacolo causato da un passeggero o da un oggetto. Questo può essere un contatto meccanico (tipicamente "paracolpi") o un dispositivo senza contatto (tipicamente "barriere fotoelettriche" o, in alternativa, una "fotocellula" nei modelli di porte degli ascensori più vecchi). 

Sia le fotocellule (a raggio singolo) che le barriere fotoelettriche (a raggi multipli) funzionano a infrarossi e mantengono aperte le porte dell'ascensore finché uno qualsiasi dei raggi è ostruito. Questo permette ai passeggeri di entrare e uscire liberamente dall'ascensore senza il rischio di contatto fisico con le porte. Il vantaggio di utilizzare una barriera fotoelettrica rispetto a una fotocellula è che la prima è in grado di rilevare quasi l'intera area della porta, mentre la seconda rileva eventuali ostruzioni solo in un singolo punto. 

Una barriera fotoelettrica ben progettata incorpora metodi per riconoscere quando i "fasci" sono rimasti bloccati per un periodo di tempo considerevole. Questa funzione, nota come "nudging", allerta e segnala alla persona che sta bloccando le porte. Il "nudging" fa sì che il meccanismo di chiusura funzioni a velocità e coppia ridotte per chiudere delicatamente le porte, riaprendole se necessario.

A differenza delle barriere fotoelettriche, i paraurti (noti anche come "tamponi" o "bordi di sicurezza meccanici") attivano la ritrazione delle porte solo in caso di contatto con un passeggero o un oggetto. Sebbene i paraurti siano relativamente sicuri, occasionalmente possono malfunzionare e quindi non ritrarsi in caso di collisione con un passeggero. Di conseguenza, la maggior parte dei paraurti è stata sostituita con barriere fotoelettriche più affidabili. Si possono trovare eccezioni in diversi paesi asiatici, ad esempio Giappone, Corea del Sud, ecc., dove i paraurti più recenti presentano barriere fotoelettriche integrate al loro interno per una maggiore protezione. 

Le porte di piano devono essere chiuse e bloccate prima che la cabina dell'ascensore possa muoversi. L'eccezione è il movimento alla cosiddetta "velocità di livellamento", ovvero quando un ascensore deve riallineare il pavimento della cabina con il rispettivo piano di piano, che è consentito a porte aperte. L'interblocco (noto anche come "blocco porta") è un meccanismo di sicurezza che garantisce che:

• La cabina non può muoversi se tutte le porte non sono ben chiuse;
• Le porte di piano non possono essere aperte se non è presente la cabina;
• Le porte dell'ascensore sono bloccate in modo sicuro quando la cabina è in movimento.

Negli anni '1970 e '1980 si verificarono diversi incidenti che coinvolsero passeggeri di ascensori che forzarono manualmente le porte della cabina nel tentativo di aprire le porte del piano, sbloccando manualmente il dispositivo di blocco, nel tentativo di evacuare autonomamente da un ascensore fermo tra un piano e l'altro.^[4] Per attenuare questo rischio per la sicurezza, sono stati introdotti dei limitatori di apertura per impedire che le porte della cabina si aprano oltre uno stretto spazio quando la cabina non si trova nella zona di atterraggio.

Nonostante quanto sopra, su ogni porta di piano è presente un meccanismo di sblocco meccanico manuale, che consente al personale autorizzato – ovvero ai tecnici dell'ascensore – di accedere al vano ascensore tramite un'apposita chiave di sblocco, nota come "chiave a caduta". Questo sblocco manuale può essere effettuato indipendentemente dal fatto che la cabina dell'ascensore si trovi o meno all'interno della zona di piano. Lo sblocco manuale delle porte di piano dell'ascensore viene in genere effettuato durante la manutenzione dell'ascensore o in caso di emergenza, ad esempio in caso di passeggeri intrappolati.

Per quanto sopra: qualsiasi parte mobile del sistema di porte dell'ascensore è soggetta a degradazione nel tempo a causa dell'usura dovuta al normale utilizzo. Tuttavia, a seconda di diversi fattori (ad esempio, funzione specifica, intensità di utilizzo, materiale utilizzato, condizioni climatiche, ecc.), alcune parti si degradano più rapidamente di altre. La sezione seguente tratterà il degrado delle porte dell'ascensore dovuto all'usura, nonché le pratiche convenzionali per la manutenzione delle porte dell'ascensore.

3. Approccio convenzionale alla manutenzione delle porte degli ascensori 

Considerate le potenziali gravi conseguenze di impianti di risalita non sicuri per gli utenti, le autorità di regolamentazione di tutto il mondo hanno imposto una regolare manutenzione preventiva degli impianti. L'intervallo di manutenzione preventiva varia a seconda del mercato, a seconda dei requisiti normativi stabiliti e applicati dalle rispettive autorità competenti. Ad esempio, in alcuni mercati l'intervallo può essere ampiamente stabilito tra il proprietario dell'impianto e il suo manutentore (con almeno una visita obbligatoria all'anno), mentre in altri mercati l'intervallo di manutenzione è prescritto dalle normative. 

I principi di base degli approcci convenzionali alla manutenzione di qualsiasi apparecchiatura elettromeccanica possono essere suddivisi in due categorie:

La manutenzione preventiva mira a contrastare il degrado delle apparecchiature causato dall'usura dovuta al normale utilizzo. L'usura in genere provoca danni tali per cui il sistema non funziona più nelle condizioni ideali, ma può ancora funzionare in modo soddisfacente.^[5] 

La manutenzione correttiva mira a risolvere i guasti delle apparecchiature causati dall'usura che hanno causato un guasto tale per cui il sistema non è più in grado di funzionare in modo soddisfacente (una modifica che produce una riduzione inaccettabile della qualità).^[5] Un'altra causa di guasti alle apparecchiature può essere l'uso improprio dell'ascensore da parte dei passeggeri (sia involontario/accidentale che intenzionale/vandalismo). 

Quanto sopra si applica alla manutenzione degli ascensori in generale e alle porte degli ascensori in particolare. Nel tentativo di armonizzare, indirizzare e controllare le attività di manutenzione, sono state codificate norme ampiamente accettate. Ad esempio, l'American Society of Mechanical Engineers (ASME) includeva già una sezione dedicata alla manutenzione quando pubblicò il suo primo codice nel 1921.^[6] Successivamente, le aziende specializzate nella manutenzione degli ascensori hanno basato i loro cosiddetti Programmi di Controllo della Manutenzione (MCP) su tali codici.

Attrezzatura per porte elevatrici	Tipo
Operatore porta, collegamenti e cinghia	Io, A, R
Interruttore e interblocchi del cancello	Io, A, R
Rulli per porte di cabina e di piano	io, R
Velocità e tempi delle porte	io, A
Limitatori di apertura porte	Io, A, R
Chiudiporta e relativi dispositivi	Io, A, R
Binari delle porte e hangar	Io, C, L
Frizione della porta e meccanismi di innesto	Io, A, L
Pressione della porta	io, A
Chiusura forzata, spinta	io, A
Porte, guardie del sito e astragali	Io, A, R

In sostanza, la manutenzione preventiva degli ascensori è un processo di controllo, lubrificazione, pulizia e regolazione di routine di parti, componenti e/o sottosistemi al fine di garantire che le prestazioni dell'ascensore siano conformi ai requisiti normativi applicabili. Gli MCP regolano tale processo prescrivendo le attività necessarie da svolgere, fornendo un luogo in cui registrare i lavori completati e conservando i relativi verbali di completamento. È comunemente accettato che, rispettando queste procedure in modo diligente e coerente, la manutenzione preventiva riduca il rischio di fermi imprevisti dell'ascensore e, contemporaneamente, ne aumenti la durata utile residua, prevenendone l'eccessivo degrado.

Per quanto riguarda specificamente i sistemi delle porte degli ascensori, la Tabella 1 descrive in dettaglio cosa coprono in genere gli MCP, senza però limitarsi ad essi, per quanto riguarda le attività di manutenzione preventiva e correttiva.

Nonostante i numerosi vantaggi offerti dai sistemi MCP, l'avvento di nuove tecnologie ha anche evidenziato i limiti dei sistemi MCP convenzionali. In particolare, i sistemi MCP convenzionali non tengono conto di variabili chiave come l'intensità di utilizzo nel tempo, la qualità dei materiali utilizzati, le condizioni climatiche all'interno del vano ascensore e della sala macchine, ecc. I progressi nelle tecnologie digitali stanno rendendo sempre più disponibili le capacità necessarie per tenere conto di queste dinamiche. Questo, a sua volta, ha portato all'emergere di strategie di manutenzione basate sulle condizioni e predittive. ^[7,8] 

Nella sezione seguente verrà brevemente presentata la storia dell'introduzione dei primi sistemi di monitoraggio remoto nel settore degli ascensori, i loro scopi, la loro evoluzione nel tempo e, infine, come ciò abbia portato agli ultimi sviluppi basati sul concetto di fusione dei sensori.

4. Il concetto di fusione dei sensori applicato alle porte degli ascensori

Molte delle principali aziende di ascensori al mondo hanno sviluppato e introdotto le loro prime versioni di sistemi di monitoraggio remoto (RMS) quasi quarant'anni fa. Questi sistemi di prima generazione si basavano principalmente su dati preelaborati provenienti dal sistema di controllo dell'ascensore, utilizzando analisi rudimentali e pochi sensori. Questi sistemi furono sviluppati prima dell'avvento di Internet, quindi in genere memorizzavano i dati su database locali. Un breve viaggio nei ricordi:

• Hitachi Elevator ha sviluppato il suo primo sistema RMS nel 1987. 
• Nel 1988 Otis introdusse il sistema “Remote Elevator Monitoring” (REM), attualmente commercializzato come “OTIS – ONE”.
• Negli anni '1990 Schindler introdusse il monitoraggio remoto "Servitel", attualmente commercializzato come "Schindler Ahead".
• KONE ha introdotto “KoneXion” negli anni '1990, attualmente commercializzato come “KONE 24/7 Connected Services”. 
• TK Elevator (TKE) ha introdotto per la prima volta il monitoraggio remoto "TeleService" in Europa negli anni '1990, e in seguito ha tentato per la prima volta un prodotto di nuova generazione chiamato "VISTA" negli Stati Uniti nel 2002. La sua soluzione armonizzata a livello globale, introdotta nel 2015, è commercializzata come "MAX". 

Questi sistemi di prima generazione hanno portato innovazione nel settore degli ascensori, rendendolo uno dei primi ad adottare la tecnologia di monitoraggio remoto. Tuttavia, i limiti tecnologici hanno comportato anche una scarsa integrazione del flusso di lavoro e, di conseguenza, una materializzazione non uniforme dei vantaggi, nella migliore delle ipotesi. La rapida ascesa e la diffusione di Internet negli anni '1990 hanno dato vita alla successiva generazione di tecnologie di monitoraggio remoto basate sull'IoT.

Il termine "Internet delle cose" è stato coniato per la prima volta dal pioniere della tecnologia britannico Kevin Ashton nel 1999.^[9] In sostanza, l'IoT si riferisce a una rete di oggetti fisici o "cose" (nel contesto di questo documento, "cose" sono gli ascensori) che sono dotati di sensori, software e altre tecnologie allo scopo di connettersi e condividere dati con altri dispositivi e sistemi tramite Internet. 

Le aziende leader di ascensori sopra menzionate sono state ancora una volta tra le prime ad adottare questa tecnologia; l'IoT ha fornito un'infrastruttura portante che ha risolto molti dei limiti tecnologici precedenti. Ad esempio, la tecnologia Cloud ha offerto accessibilità da qualsiasi luogo e dispositivo, sicurezza centralizzata dei dati, prestazioni e disponibilità superiori, sviluppo rapido delle applicazioni e capacità di archiviazione illimitata. All'interno del Cloud, le tecnologie di Machine Learning hanno permesso di elaborare e adattarsi a enormi quantità di dati; utilizzando algoritmi statistici, il Machine Learning ha potuto apprendere dai dati, generalizzare dati non visibili e, così facendo, eseguire attività senza istruzioni esplicite da parte degli esseri umani. 

Tuttavia, l'approccio in termini di tipo di dati di input da utilizzare non è stato rivalutato. Il controller dell'ascensore, essendo il proverbiale "cervello e sistema nervoso centrale" dell'ascensore, era generalmente ritenuto in grado di fornire tutti i dati rilevanti necessari per portare la manutenzione dell'ascensore a un livello superiore. Il presupposto generale di base era che i tecnici degli ascensori facessero già ampio uso delle capacità diagnostiche del controller come fonte primaria di informazioni. L'enfasi all'epoca era sull'armonizzazione dei flussi di lavoro e sulla centralizzazione dei set di strumenti diagnostici. Ciò significava che i dati pre-elaborati provenienti dai sistemi di controllo degli ascensori continuavano a essere prevalenti. 

Le soluzioni IoT incentrate sul controller dell'ascensore hanno presto dimostrato di presentare i propri vincoli in termini di compatibilità tra diverse marche, modelli e generazioni di apparecchiature per ascensori, nonché limitazioni relative alla qualità dei dati e all'usabilità. Le limitazioni di compatibilità erano dovute all'ampia varietà di connettori hardware utilizzati per l'interfacciamento con il controller dell'ascensore, rispettivamente alle modalità di interazione del software del dispositivo edge IoT con il controller dell'ascensore. Molti controller dell'ascensore di vecchia generazione non offrivano alcuna possibilità di interfacciamento e avrebbero richiesto prima una modernizzazione. Dal punto di vista dei dati, per modellare il rilevamento dei guasti, il ML deve essere in grado di accertare il funzionamento di un ascensore entro i normali parametri operativi, come questi cambiano prima di un guasto e, infine, l'aspetto effettivo del guasto. Il controller dell'ascensore fornisce solo codici di errore e cambiamenti di stato, il che limita drasticamente le capacità predittive del ML. 

A cavallo tra il decennio e il decennio, le prime soluzioni IoT che utilizzavano dati direttamente dal bordo del sensore iniziarono ad emergere nel settore. Fu in questo periodo che entrò in gioco il concetto di Sensor Fusion, poiché gli input sensoriali provenienti da più sensori dovevano essere elaborati simultaneamente e interpretati in modo olistico. Se sintetizzata correttamente, la Sensor Fusion contribuisce a ridurre l'incertezza nella percezione delle macchine, poiché ogni singolo sensore presenta pro e contro specifici. L'utilizzo di un solo sensore per identificare l'ambiente circostante non è sufficientemente affidabile, il che si traduce in errori nei risultati prodotti. Al contrario, gli algoritmi di Sensor Fusion elaborano tutti gli input e successivamente producono risultati con maggiore accuratezza e affidabilità, anche quando le singole misurazioni non sono sempre sufficientemente affidabili.

Il concetto di Sensor Fusion risolve quindi i limiti intrinseci all'utilizzo dei dati diagnostici del controller dell'ascensore, ovvero codici di errore e cambiamenti di modalità di stato. I sensori possono essere applicati universalmente, indipendentemente da marca, modello o età dell'apparecchiatura. Utilizzando i dati prelevati direttamente dal bordo del sensore, i limiti di qualità e usabilità dei dati vengono annullati dalla possibilità di utilizzare le leggi universali della fisica. Per concretizzare il concetto di Sensor Fusion, verrà fornito un esempio concreto della sua applicazione pratica in relazione al rilevamento di guasti delle porte degli ascensori.

Tra gli altri, alcuni dei problemi più comuni con le porte scorrevoli sono: 

• I bordi dei pannelli delle porte sono ostruiti a causa dell'accumulo di detriti nella soglia della porta
• Disallineamento dei contatti elettrici dell'interblocco, con conseguente impossibilità di chiudere il circuito di sicurezza
• I contatti elettrici dell'interblocco diventano appiccicosi, ovvero piccole scintille note come "archi" possono corrodere il metallo del contatto, provocando circuiti difettosi. 
• I rulli della porta sono usurati e quindi non sono più in grado di aprire o chiudere correttamente la porta

Il denominatore comune tra le quattro cause sopra menzionate è che, in genere, le porte dell'ascensore richiedono diversi tentativi di chiusura completa prima che la cabina possa partire. Questo fenomeno è generalmente definito "door cycling".

Utilizzando sensori ottici, come quelli di una barriera fotoelettrica, è possibile ricavare il tempo di apertura e chiusura dall'intensità luminosa dei fasci trasmessi e ricevuti tra le due barriere fotoelettriche. Le barriere fotoelettriche sono anche in grado di filtrare le inversioni intenzionali delle porte – che potrebbero essere considerate un ciclo porta superiore alla media se non in grado di convalidare – rispetto alle inversioni involontarie. 

Aggiungendo un accelerometro a ogni singola barriera fotoelettrica, è possibile osservare la vibrazione dei pannelli delle porte; anche se le barriere fotoelettriche sono installate sulle porte della cabina, grazie al meccanismo di frizione meccanica che collega la porta della cabina alla porta del corridoio, la vibrazione delle porte del corridoio viene trasmessa anche alle porte della cabina e, come tale, osservata. 

Aggiungendo un sensore di pressione barometrica, è possibile determinare la posizione della cabina rispetto ai piani dell'edificio. L'utilizzo di un sensore indipendente aumenta il rischio di imprecisioni; pertanto, è consigliabile installare un accelerometro aggiuntivo sulla cabina per misurare accelerazione e velocità e ricavare la distanza percorsa dall'ultima posizione nota.  

Combinando tutti gli input sensoriali sopra menzionati, è possibile osservare le prestazioni della porta per piano. La precisione del posizionamento della cabina è ulteriormente migliorata dal fatto che la firma della vibrazione della porta rappresenta un'"impronta digitale" univoca per ogni piano. Analogamente, la differenziazione per piano fornisce i migliori riferimenti comparabili per determinare i parametri di prestazione ideali della porta per ogni singolo ascensore. I dati storici nel tempo contribuiscono ulteriormente alla solidità della valutazione delle prestazioni della porta.

Infine, la scienza dei dati e le competenze specifiche di settore, singolarmente, non possono sfruttare appieno il concetto di Sensor Fusion. I data scientist comprendono la modellazione dei dati e possono produrre algoritmi, ma in genere non comprendono il dominio dei lift. Al contrario, gli esperti di settore possono leggere i lift come un proverbiale libro aperto; tuttavia, in genere non possiedono le conoscenze e le competenze necessarie per modellare i dati e produrre algoritmi. Data scientist ed esperti di settore devono collaborare per raggiungere il successo con Sensor Fusion. 

5. CONCLUSIONE

Le porte sono tra le parti dell'ascensore più trafficate a causa della loro natura. Essendo presenti a ogni piano, le porte hanno un effetto moltiplicatore in termini di impegno complessivo per la manutenzione dell'ascensore. Questo fa sì che i guasti alle porte siano in genere tra le cause più comuni di fermo macchina, come dimostrato da studi precedenti.^[1]

Per migliorare ulteriormente la manutenzione delle porte degli ascensori, i tecnici devono essere in grado di prendere decisioni più consapevoli, tenendo conto delle variabili specifiche di ogni singolo ascensore e delle porte di ogni piano. Questo obiettivo non può essere raggiunto senza l'ausilio di tecnologie come l'IoT e il Machine Learning, sfruttando il concetto di Sensor Fusion. 

Il concetto di Sensor Fusion comprende l'elaborazione simultanea e l'interpretazione olistica degli input sensoriali generati da più sensori in parallelo. In quanto tale, Sensor Fusion risolve i limiti tecnologici precedenti inerenti all'utilizzo dei dati diagnostici del controller dell'ascensore, che si limitano a codici di errore e cambiamenti di modalità di stato. I sensori possono essere applicati universalmente, indipendentemente dalla marca, dal modello o dall'età dei singoli ascensori. Utilizzando i dati prelevati direttamente dal bordo del sensore, i limiti di qualità e usabilità dei dati vengono annullati dalla possibilità di utilizzare le leggi universali della fisica.

Combinando la scienza dei dati con competenze specifiche, è possibile ricavare dai dati informazioni fruibili. Queste informazioni fruibili aiutano il tecnico degli ascensori a prendere decisioni più consapevoli sulle effettive esigenze di manutenzione delle porte degli ascensori per piano. Considerando l'effetto moltiplicatore sopra menzionato, è possibile ottenere una significativa ottimizzazione in termini di tempo trascorso in loco senza compromettere la qualità del servizio offerto.

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Referenze

[1] A. Torres Perez, S. Kaczmarczyk e R. Smith, “Rilevamento automatico dei guasti e classificazione nei sistemi di porte per ascensori utilizzando le caratteristiche del segnale di vibrazione”, 10° workshop europeo sul monitoraggio della salute strutturale, EWSHM 2020 – Lecture Notes in Civil Engineering, Vol. 128, Springer, p.765-775 (2021).

[2] S. Freeman, “Chi ha inventato l’ascensore”, How Stuff Works, ultimo aggiornamento 12 marzo 2024, accessibile tramite science.howstuffworks.com/innovation/inventions/who-invented-the-elevator.htm, ultimo accesso 18 luglio 2024. 

[3] L. Gray, “A History of Elevator Doors”, ELEVATOR WORLD, pubblicato il 1° dicembre 2016, accessibile tramite elevatorworld.com/article/a-history-of-elevator-doors/, ultimo accesso 18 luglio 2024.

[4] B. Gustin, “Restritori meccanici per porte di ascensori: cosa devono sapere i vigili del fuoco”, Fire Engineering, pubblicato il 1° agosto 2003, accessibile tramite fireengineering.com/leadership/mechanical-elevator-door-restrictors-what-firefighters-need-to-know/, ultimo accesso il 19 luglio 2024.

[5] K. Worden, JM Dulieu-Barton, Una panoramica del rilevamento intelligente dei guasti nei sistemi e nelle strutture. SHM, 2004, Vol 3(1), p.85–98.

[6] Codice di norme di sicurezza per la costruzione, il funzionamento e la manutenzione di ascensori, montavivande e scale mobili – 1921. Il presente Codice di norme di sicurezza è inteso come guida per la costruzione, la manutenzione e il funzionamento di ascensori, montavivande, scale mobili e dei loro vani di corsa, salvo quanto indicato nel paragrafo seguente. Regola 702 Manutenzione. ASME, 1921.

[7] ST Park, BS Yang, “Un’implementazione dell’ispezione basata sul rischio per la manutenzione degli ascensori”, Journal of Mechanical Science and Technology, Vol. 24, No. 12, p.2367-2376 (2010).

[8] JX Yang, et al., “Monitoraggio e diagnosi intelligenti degli ascensori in tempo reale: casi di studio e soluzioni con applicazioni che utilizzano l'intelligenza artificiale”. Computers and Electrical Engineering, Vol. 100, articolo 107965 (2022)

[9] A. Bassi et al., “Abilitare le cose a parlare”, Springer, DOI 10.1007/978-3-642-40403-0, p.1 (2013)