Asansörlerde Arızaların Erken Tespiti ve İzlenmesi İçin IoT Teknolojisinin Kullanımı

Açılış Alex MacDonald Ödülü'nden ikinci kazanan tezin bir özeti

Paul Clements tarafından

Bu belgenin amacı, Northampton Üniversitesi'nde gerçekleştirilen tezin 2018 sayfasında yansıtılan Kasım 2019'den Eylül 138'a kadar yürütülen çalışmaların bir özetini sunmaktır.

Bir asansöre bir IoT çözümü uygularken, önemli bileşenlere sensörler kurulabilir ve bu sensörler daha sonra verileri yönetim cihazına aktarabilir. Yönetim cihazı daha sonra verileri bulut tabanlı platforma gönderen bir 4G yönlendirici veya ethernet portu aracılığıyla internete bağlanacaktır. Veriler daha sonra bir bilgisayar veya mobil cihaz aracılığıyla internet üzerinden analiz edilebilir ve yönetilebilir; burada komut dosyası yazımı, asansörün durumu ayarlanan parametrelerin dışında olduğunda bildirimleri programlamak için kullanılabilir.

Motivasyon

Pittsburgh, Pennsylvania'daki Carnegie Mellon Üniversitesi öğrencilerinin, soğutulmuş içeceklerin stok seviyelerini ve sıcaklığını kontrol etmek için bir Coca-Cola makinesine mikro anahtarlar kurdukları 1982'de bilinen ilk 'Akıllı Cihaz'ın piyasaya sürülmesinden bu yana (Smith G, 2015). ); Nesnelerin İnterneti (IoT) teknolojisi hayatın her alanında büyük bir potansiyele sahipti.

Artık IoT teknolojisi o kadar gelişti ki, ev aletlerinden ısıtma, havalandırma ve iklimlendirme sistemlerine (ticari binalardaki) kadar çeşitli cihazlar radyo frekansı tanımlama (RFID) ve iletim kontrol protokolü/internet protokolü (TCP/IP) kullanıyor. bir ağa kablosuz olarak bağlanın ve insan müdahalesi olmadan büyük miktarda veri sağlayın.

Asansör ekipmanı ile, ekipmanın güvenilirliğini ve bakım tekniklerini geliştirmek için toplanabilecek, analiz edilebilecek ve kullanılabilecek çok büyük miktarda veri vardır.

Şu anda veriler ağırlıklı olarak asansör bakım şirketleri ve müşteriler tarafından bakım yüklenicisinin çağrı merkezleri aracılığıyla toplanmaktadır; ardından veriler analiz edilir ve tekrarlayan aramaların nasıl önleneceği konusunda karar verilir. Bu teknik, aksi takdirde hem müşteri hem de yüklenici için pahalı bir yaklaşım olabilen düzeltici bakım olarak bilinir.

Asansör endüstrisinin, KONE, Otis, thyssenkrupp ve Schindler gibi çeşitli kilit oyuncuların IoT kullanarak kendi iş stratejilerini geliştirmesiyle birlikte IoT teknolojisini kullanmaya doğru ilerlediği anlaşılmaktadır.

Bu gelişmeler beni şu hipoteze yönlendirdi: IoT teknolojisinin kullanılması, asansörlerdeki arızaların daha erken tespit edilmesini ve izlenmesini sağlayacaktır.

Amaçlar

Bu çalışmanın amaçları şu şekildeydi:

• IoT teknolojisinin tarihini ve gelişmelerini araştırmak
• IoT teknolojisinin asansör endüstrisinde nasıl kullanılabileceğini araştırmak
• Asansör endüstrisinde şu anda IoT'nin ne için kullanıldığını araştırmak için

Genel amaç, IoT teknolojisinin etkinliğini ve arıza tanımlama/izleme ile ilişkisini belirlemek için yukarıdaki konuları araştırmaktı.

Amacı

Bu araştırma makalesi için aşağıdaki hedefler belirlenmiştir:

• Çeşitli yaş/tür asansör ekipmanı portföyü için açıklama verilerini analiz etmek
• Elde edilen veri örneğindeki yaygın hataları belirlemek için
• IoT teknolojisinin kullanımlarını belirlemek ve asansör arızaları ile IoT izleme yaklaşımları arasında bir bağlantı/bağ kurmak
• Elde edilen bilgi notu verilerinde bulunan yaygın hataları izlemek için IoT teknolojisinin kullanıldığı küçük ölçekli deneyler uygulamak
• IoT teknolojisinin şu anda asansör endüstrisinde nasıl kullanıldığını keşfetmek.
• Bu teknolojiyi kullanan müteahhitlerden elde edilen verileri analiz etmek

Yanıtlanmış kilit sorular şunlardır:

• Verilerin toplandığı ekipmanın yaşı nedir?
• Ne tür ek bilgiler kaydediliyor ve bunlar kategorilere ayrılabilir mi?
• Verilerde bulunan hataları izlemek için mevcut IoT teknolojisi kullanılabilir mi?
• Kilit paydaşlara (örneğin ekipman sahipleri, bakım şirketleri) faydaları nelerdir?
• IoT teknolojilerini benimseyebilecek bakım rejimleri/türleri için başka iyileştirmeler var mı?

metodoloji

Bu çalışma, yaygın açıklama türlerini ve IoT sistemlerinin durum izleme ve daha erken arıza tanımlama için uygun şekilde kullanılıp kullanılamayacağını belirleyebilmek için metodik bir yaklaşım gerektirdi. Bu tezin başarıyla tamamlanmasını sağlamak için kullanılan metodoloji aşağıdaki gibidir:

Bilgi toplama

Kullanılan veriler, bakım yüklenicileri tarafından çağrı merkezleri ve farklı veri toplama sistemleri kullanılarak aylık olarak toplanmıştır. Bu veriler daha sonra nasıl performans gösterdiğinin analizine izin vermek için müşteriye her ay sağlandı. Genel olarak, 48 farklı tesiste ve toplam 114 asansörde dört farklı tedarikçiden veri toplandı.

Veriler, arıza açıklamalarının (çağrıların) alındığı tarih/saat bilgilerini içerir; görüşmede sağlanan detay; yerinde iken bulunan arıza; gerekli başka bir işlem; aramanın tamamlandığı tarih ve saat ve arama referans numarası.

Toplanan veriler, analiz için yeterince büyük bir veri seti sağlayan 13 Aralık 1 ile 2017 Aralık 31 arasındaki 2018 aylık bir döneme aittir.

Arıza Tanımlama ve Analizi

Müşteriden toplanan veriler analiz edildi ve çeşitli çağrı türlerini belirlemek ve not edilen eğilimleri analiz etmek için ayrıntılar tahmin edildi. Toplanan bilgiler, kendi içinde “büyük veri” olarak sınıflandırılabilecek çok miktarda veri sağlamıştır.

Bu belirtme çizgisi verilerinin analizi için Microsoft Power BI (Rouse, 2019) adlı bir yazılım paketi kullanıldı. Bu Microsoft tabanlı sistem, alınan bilgilerden derlenen farklı belirtme çizgisi türlerini ve eğilimleri görsel olarak temsil etmek için bir Excel elektronik tablosunda derlenen verileri kullanır.

Müşteri ve asansör tedarikçilerinden toplanan veriler, bir asansör sisteminde meydana gelebilecek çeşitli çağrı türlerini belirlemek amacıyla analiz edildi ve gözden geçirildi. Bu çağrı türleri daha sonra, IoT teknolojisinin, arızalar meydana gelmeden önce tanımlanmasına nerede yardımcı olabileceğini belirlemek için kullanıldı.

Anket

Daha fazla veri bir anket yoluyla toplanmıştır. Bu anket, asansör bakım müteahhitlerine ve asansör danışmanlarına cevaplaması için gönderildi.

Anket, ısmarlama anketlerin oluşturulmasına ve birden çok kez kullanılabilen bir bağlantı aracılığıyla dağıtılmasına olanak tanıyan bir portal olan SurveyMonkey™ (FinancesOnline, 2019) kullanılarak oluşturulmuştur. Sistem soruların cevaplarını toplar ve bu cevapların analiz edilmesini sağlar. Bu ayrıca yanıt oranlarının ayrıntılarını, anketi yanıtlamak için harcanan ortalama süreyi gösterir ve yanıtlardaki eğilimleri seçer.

Anket yedi asansör bakım firmasına ve bir danışmanlık firmasına gönderilmiştir. Bu şirketlerden altısı bunun daha geniş ekiplerine dağıtılmasına izin verdi.

Bu anketin amacı, asansör endüstrisindeki yetkili kişilerden aşağıdaki konularda ayrıntılı bilgi almaktı:

• Yaşanan yaygın hatalar
• Tanımlanan yaygın arızalara tipik çözümler
• IoT teknolojileri hakkında bilgi
• IoT teknolojilerinin, belirtilen yaygın hataların tespitinde yardımcı olabileceği yerler

Deney

Bazı asansörlerde küçük ölçekli bir deney yapıldı. Bu deney, yaygın hataları saptamak için veri toplama ve analiz sonuçlarını kullandı ve bu hataların daha erken tanımlanmasına yardımcı olabilecek parametreleri izlemek için IoT teknolojisini kullandı.

Düşük maliyetli IoT sensörleri, çeşitli parametreleri ölçmek ve olası arızalar tespit edildiğinde veya asansörün/ortamın durumu bir arızaya neden olabileceğinde yazarı otomatik olarak uyarmak amacıyla satın alındı. Bir arızanın pozitif olarak tanımlanmasının ardından, bakım tedarikçisine çağrı yapıldı ve sorun çözüldü.

IoT sensörlerinin yanı sıra masaüstü ve mobil uygulamalar üzerinden uzaktan erişim sağlayan bir IP kamera da satın alındı.

Deneyler boyunca aşağıdaki sensörler kullanılmıştır. Bu seçimin gerekçeleri şunlardı:

• IoT teknolojilerindeki gelişmeler gözden geçirilerek elde edilen bilgilerle, düşük maliyetli cihazlar kullanılarak sıcaklık, nem, nem, hareket ve ışığın izlenebileceği belirlendi.
• Bu cihazların nispeten kolay programlanabildiği ve bildirimleri sağlamak için kodlama oluşturduğu tespit edildi.
• Bu çalışma için toplam bütçe kısıtlıydı ve satın alınan sensörler nispeten düşük maliyetliydi.

Bu deneyde kullanılan IoT teknolojisi, wirelesstags.net adlı bir web sitesinden satın alındı. Bu "etiketler" internete bağlanabilir ve etiket hareketi, kızılötesi hareket, temas, sıcaklık, nem ve nem gibi farklı verileri toplayabilir.

Veriler, dünyanın her yerinden erişilebilen bulut tabanlı bir sistemde depolanır.

Kablosuz Etiket Ürünleri

Kablosuz etiket sistemi, Ethernet tabanlı bir "etiket yöneticisi" kullanarak çalışır. Bu cihaz internete bir ethernet kablosu ile bağlanır ve bir microUSB ile çalışır. Bu cihaza bağlanan yönlendirici, "10Base-T" ve bir "DHCP sunucusu"na izin vermelidir. Güvenlik duvarı, "giden HTTP (80 numaralı bağlantı noktası) ve 6667 numaralı bağlantı noktası bağlantısına" izin vermelidir.

Tek bir etiket yöneticisi, 40'a kadar ayrı sensörün bağlanmasına ve bulut tabanlı sisteme veri göndermesine izin verebilir.

Wirelesstag.net'te bulunan etiketler, şekil 5-8'de gösterilmiştir:

• Şekil 5, ortam ışığı, sıcaklık, nem ve hareketteki değişiklikleri izleyebilen bir Kablosuz Sensör Etiketi Pro ALS'yi göstermektedir.
• Şekil 6, belirli bir süre içinde hareket ve hareketsizlik zaman aşımını algılayabilen bir PIR KumoSensor'ü göstermektedir. Bu sensör ayrıca sıcaklık ve nemi de izleyebilir.
• Şekil 7, kapıların/pencerelerin ne zaman açık/kapalı olduğunu sıcaklık ve nem ile birlikte izleyen temas tabanlı bir sensör olan Reed KumoSensor'ü göstermektedir.
• Şekil 8, su seviyelerini ve kuru veya nemli bir alanda su varlığını izleyen kablosuz bir su/nem sensörünü göstermektedir. Bu sensör ayrıca sıcaklık ve nemi de izler.

Bu sensörler, etiket yöneticisinin görüş hattında maksimum 210 m mesafede çalışır; 2 ila 7 yıl arasında değişen bir pil ömrü sağlar; -40°C ile + 85°C arasında çalışın; +/‐ 0.4°C'ye kadar doğruluk okumaları sağlar ve 0.1 ~ 200,000 lüks aralığında bir ışık sensörüne sahiptir. Bu sensörlerin teknik özelliklerinin tüm detayları Ek C'de bulunabilir.

Bu sensörler tarafından yakalanan veriler, güvenlik önlemleri için bir kullanıcı adı ve şifre ile erişilen akıllı telefon ve web tabanlı platformlar aracılığıyla kullanıma sunuldu.

Veri analizi ve anket araştırmasının sonuçları, asansör sistemlerinde tipik olarak meydana gelen çeşitli arızaların ayrıntılarını sağladı. Bu sensörler kullanılarak neyin izlenebileceği bilgisi, durum izlemeye yardımcı olmak için sensörlerin nerede kullanılabileceği konusunda bilinçli kararlar alınmasını sağladı (örn. sıcaklık, nem, nem vb.) ve böylece arızaların daha erken tanımlanmasını sağlar.

Sonuç

IoT teknolojileri 30 yılı aşkın bir süredir var olmasına rağmen, bu teknolojide son 10 yılda yaşanan gelişmeler daha küçük yonga setleri ve düşük maliyetler gördü; kullanıma hazır sensörler artık günlük tüketiciler tarafından kullanılabilir. Asansör endüstrisi, kontrol sistemi teknolojisi ve bakım rejimlerindeki çeşitli gelişmelerle birlikte geçtiğimiz yüzyılda önemli ölçüde gelişmiştir ve son gelişmeler, büyük asansör üreticilerinin tedarik ettiği standart paketlere IoT teknolojilerini uygulamaya ve bu sistemleri bakım altındaki asansörlere uyarlamaya odaklanmıştır. portföyler.

Büyük asansör üreticileri, daha akıllı, daha anlayışlı bakım rejimleri geliştirmek için analiz edilebilecek ve kullanılabilecek büyük miktarda veri toplamak üzere kendi sistemlerini geliştirmek için büyük bütçelere sahiptir. Bu, bireysel bileşen yaşam beklentilerini belirlemek amacıyla potansiyel hataları tahmin etmelerine ve hatta önlemelerine olanak tanır. Teknolojideki bu gelişme, uzun vadede müşteriye yardımcı olacak olsa da, bu üreticiler, müşteriye faydadan ziyade kuruluşlarına daha fazla fayda sağlamaya odaklanıyorlar; bu, asansör endüstrisinin daha uzun sürmesinin nedenlerinden biri olabilir. bu teknolojiyi benimseyin.

Bağımsız asansör bakım şirketlerinin bu sistemleri geliştirmek için bu kadar büyük bütçeleri yoktur. Bununla birlikte, IoT teknolojisindeki en son gelişmeler, birkaç sensörün kullanılmasıyla, çeşitli bileşenlerin durumunu izlemek için bir sistemin düşük maliyetle uygulanabileceği ve hataların erken tanımlanmasına yardımcı olmak için kullanılan verilerin analizinin kullanılabileceği anlamına gelir.

13 aylık bir süre boyunca toplanan açıklama verilerinin analizi, asansörlerde meydana gelebilecek bir dizi arıza olduğunu gösteriyor. Bununla birlikte, bunlar asansör sisteminin farklı bölümlerinde gruplandırılabilir, bu da sorunların nerede ortaya çıktığını anlamayı kolaylaştırır ve sensörler tarafından neyin izlenebileceğinin tam olarak belirlenmesine yardımcı olur.

Asansör endüstrisindeki çeşitli paydaşlara verilen bir anket, bilgi veri analizindeki bulguları doğruladı ve meydana gelen yaygın arızaların ve durum izleme ve erken arıza tespitine yardımcı olmak için IoT teknolojilerinin nasıl kullanılabileceğinin anlaşılmasına yardımcı oldu.

Kullanıma hazır IoT sensörleri, bir kamera, küçük bir komut dosyası yazma anlayışı ve 4G yönlendiricileri kullanan deneyler, düşük maliyetli çözümlerin bağımsız asansör şirketleri, danışmanlar ve hatta müşteriler gibi önemli paydaşlar tarafından gerçek zamanlı sağlamak için uygulanabileceğini kanıtladı. kaldırma durumu ile ilgili veriler. Hataları önceden tespit etmeye ve çözmeye yardımcı olmak için toplanan veriler kullanılarak varsayımlar yapılabilir.

Asansör motor odası ve şaftı içinde ek ethernet bağlantı noktaları ve güç kaynakları kurmak gibi bazı saha hazırlığıyla, sistemin etrafına sıcaklık, nem, nem ve hareket sensörleri kurulabilir ve bu bilgileri herhangi bir yerde bulunabilecek kilit paydaşlara bu bilgileri sağlamak için sistemin etrafına monte edilebilir. Dünya.

Ethernet bağlantı noktalarının bulunmadığı yerlerde 4G yönlendiriciler sağlanabilir. Ancak, deneyler ve ana tedarikçiler belirlendiğinden, bu sistemlerin kurulumu sırasında dikkate alınması gereken sinyal gücüyle ilgili olası sorunlar vardır.

Bu tür sistemleri kurarken dikkate alınması gereken diğer hususlar şunlardır:

• Sensörlerin yerleştirilmesi: hangi veriler elde ediliyor?
• Kaldırma tasarımı: bunlar farklı olabilir ve farklı ekipmanlarda aynı tip verileri elde etmek için sensörlerin farklı yerlere kurulması gerekebilir (örneğin, bir kasnağın hareketi, bir kontaktörün içeri girmesi veya motor içindeki titreşimler).
• Sistem entegrasyonu: Sistemin, sistemlerin çevrimiçi olmasını sağlayan doğru bağlantı noktalarına erişim sağlayan 4G yönlendiriciler gibi bileşenlerle birlikte çalışıp çalışmayacağı.
• Tabela: Tüm paydaşların kullanılan teknolojiden haberdar olmalarını sağlamak, böylece sensörleri kazara rahatsız etmemeleri.
• Sensörlerin pil ömrü: Cihazların sınırlarını ve bildirimler gibi ayarları değiştirerek pil ömrünün nasıl optimize edileceğini anlayın.
• Veri kullanımı: 4G yönlendiricileri belirli uygulamalar için kullanırken, gerekli veri kullanımını göz önünde bulundurun.

Bir örnek asansör setinin hata analizi, endüstri uzmanlarından (bir anket kullanılarak) bahsedilen hataların teyidi ile birleştirilmiş olup, örnek sette kaydedilen açıklamaların %70'inin sıcaklığı, nemi izleyen düşük maliyetli cihazlar tarafından tanımlanabileceğini belirlemek için kullanılmıştır. , nem ve hareket.

Genel olarak, bu çalışma, IoT sistemlerinin asansörlerin durumunu izlemek ve arızaların erken teşhisine yardımcı olmak için kullanılabileceğini başarıyla belirledi. Kullanılan IoT sistemleri, cihazlar tarafından otomatik olarak raporlanan arızalara reaktif tepkiler verir. Bu, hem müşteriye hem de bakım yüklenicisine bir fayda sağlar.

Bu çalışma boyunca adı geçen büyük asansör müteahhitleri, bu sistemleri bakım portföylerine uyguluyor ve ayrıca toplanan verilere analitik uyguluyorlar. Bir arızanın ne zaman olacağını tahmin edebilen bir sistem elde etmeye çalışıyorlar, böylece problem ortaya çıkmadan önce ilgilenip çözebiliyorlar. Makine öğrenimi teknikleri, büyük yatırımlar gerektiren veri bilimcileri ve asansör mühendisleri tarafından uygulanmaktadır.

Makine öğrenimi algoritmaları kullanılmadan önce verilerin toplanması gerekir. Bu çalışma boyunca toplanan veriler, gelecekte analitik paketler bağımsız asansör endüstrisine sunulduğunda veri bilimciler tarafından analiz edilebilir.

Büyük asansör tedarikçileri tarafından uygulanan sistemlere kıyasla bu çalışmada IoT sistemini kullanmanın çeşitli faydaları vardır:

• Maliyetler, ana dallar tarafından uygulanan sistemlere kıyasla önemli ölçüde daha düşüktür.
• Büyük tedarikçiler, sistemlerini önce kendi yeni ekipmanlarına kurmaya odaklanıyor. Bu çalışmadaki sistem, herhangi bir üreticinin ekipmanı için uyarlanabilir.
• Bu çalışmada belirtilen IoT sistemi, durum izleme ve arıza tespiti için kalıcı bir çözüm olarak ve aşırı ısınma gibi aralıklı arızaların temel nedenlerini belirlemek için geçici bir çözüm olarak kullanılabilir.
• Bu rapordaki sistem, bir müşterinin sistemi yalnızca ekipmanın kurulumcusunun kullanabileceği belirli bir sözleşmeye kilitlenmesini gerektirmez.

• Şekil 1: Asansörlerde bir IoT sistemi için tipik kurulum
• IoT sensörleri (1)
• Sensör yönetim sistemi (2)
• Yönlendirici veya ethernet sistemi (3)
• Bulut (4)
• Bilgisayar arayüzü (5)
• Mobil arayüz (6)