Gen360™ 平台，下一代数字化可持续电梯

作者：Pascal Rebillard、Alper Caliskan 和 Vijay Lakamraju

本文在苏格兰爱丁堡举行的 2023 年国际电梯和自动扶梯研讨会上发表。

抽象

城市化的大趋势以及我们与建筑空间不断变化的互动继续给垂直建筑交通带来新的机遇和挑战。奥的斯延续其创新传统，通过 Gen360 满足这些需求^TM 通过整合大量数字和节能技术，提供新的安全和安保功能、改善客户服务和体验并减少对环境的影响。 

Gen360^TM 平台是一场真正的数字革命。它包括电梯安全相关应用中的可编程电子系统 (PESSRAL)，这是一种新的电子硬件软件系统，可实现最新的国际安全标准并提供增强的诊断功能。通过允许机械师从车内的平台进入车顶，可以提高维修技术人员的安全性。专用物联网 (IoT) 解决方案收集重要数据，并使用大数据分析创建有关电梯健康状况的见解。这些见解可用于预测性维护并大幅减少停机时间。更好的远程交互性减少了现场维护活动的需要，提高了设备​​的可用性并减少了二氧化碳排放₂ 机械师实地考察造成的车辆交通排放。车内显示器为乘客提供更好的界面和沟通。然而，数字化和连通性的增强增加了遭受网络攻击的风险。有了 Gen360^TM 平台上，奥的斯在实施关键网络安全控制方面采取了更大胆的步骤，包括安全启动、多层安全通信以及具有所需身份验证和授权程序的基于云的后端。 

采用高级深度待机功耗模式等设计优化，在产品的整个生命周期中产生积极影响，从而产生环境效益。 Gen360^TM 平台已根据 ISO 24745 标准实现了 A 级能效，为建筑物和市政当局创造了节能和信用。

原生数字连接与可持续发展功能的智能使用相结合，使 Gen360^TM 平台垂直移动系统平台的新市场标准。 

1. 引言 

在未来的大趋势中，城市化是最重要的趋势之一。正如联合国报告中所解释的那样，^[1] 世界人口的 55% 居住在城市地区，到本世纪中叶，世界人口的约三分之二 (68%) 将居住在城市。总体而言，到 2050 年，全球城市人口预计将增加 2.5 亿。据称，在此期间，欠发达地区将拥有5.6亿城市人口，预计将拥有世界城市人口的83%和世界总人口的87%。此外，根据一些预测，到 2030 年，世界上将有 43 个人口超过 10 万的特大城市，其中许多位于亚洲和非洲。 

联合国的另一份报告^[2] 表明城市化的持续增长还伴随着另一个重大的全球现象：人口老龄化速度加快，现在包括非洲和亚洲部分地区。

这种人口结构的演变促使公共当局立法，通过制定有关使用公共基础设施的规则以及使用不同类型的移动设备来建造有弹性的住房和建筑物，以确保老年人（有时有一些残疾）能够从城市化的优势中受益。^[1]

城市的增长大大增加了污染以及原材料和能源的消耗，这是事实。^[3] 目前，城市化产生了大部分温室气体（GHG）排放，占资源（包括能源）总消耗的75％以上和全球废物的50％以上。^[2] 此外，30年后，城市将使用全球约80%的自然资源。^[2] 因此，国际组织、非政府实体和民间社会呼吁可持续城市化和改变公共政策以向低碳（气候变化的关键因素）、资源节约型城市和整体转型转型是有道理的。 ，更有效地实施保护措施，防止环境恶化。^[3]

创新在可持续城镇化中发挥着重要作用。根据麦肯锡全球研究所的数据，^[4] 数字解决方案可以将某些生活质量指标提高多达 30%。特别是，物联网传感器、人工智能和云计算等数字技术将能够及早发现故障问题并提高效率。通过这样做，这些技术将有助于解决人口增长趋势，包括人口老龄化，并通过提供高效能源管理系统以及可再生能源发电和存储的解决方案，为应对气候变化提供机会。^[2]

世界正处于未来大趋势的交汇点：人口扩张、城市化、数字化以及对更加互联和可持续的城市的需求。变化是持续的。它还带来了需要新解决方案的机遇和挑战。奥的斯在 170 年前开创了电梯业务，奥的斯的业务与城市化大趋势以及人们生活方式和工作方式的变化有着战略联系。 

2. Gen360 的由来^tm 平台独特？

a) 了解客户需求

设计 Gen360 之前^TM 平台上的所有角色，从建筑师到业主/经理，都接受了调查，以了解奥的斯如何弥合与我们的产品之间的差距。发现了我们创新的五个关键领域：

设计-空间效率（难看的屋顶突出）和可持续性

安全-被困风险：减少乘客因被困电梯而造成的过度压力

服务-意外中断：需要更快地恢复服务。

体验——跟上乘客的步伐：需要超越消费者期望的技术。

支持-支持客户：需要工具来简化设备的设计、规格、安装和管理

b) 重新设计

该设计是按照 MBSE（基于模型的系统工程）方法进行的，该方法包括应用三个视图：操作、功能和构造。

操作视图的目的是清楚地识别任务和需求。功能视图标识了满足需求所必需的功能，以及系统内不同功能之间以及与环境之间交换的流量。最后，构造视图是确定物理解决方案的地方。

开发的另一个关键驱动因素是，该新产品从一开始就被构建为一个全球平台（机械、电气、电子、物联网）。正如平台的定义一样，它体现了一组接口、部件、组件、模块和子系统，这些接口、部件、组件、模块和子系统形成了一个公共结构，可以通过该结构有效地开发和生产一系列衍生产品。 

上一代电梯 Gen2® 采用紧凑型无机房 (MRL) 设计，采用牵引带而非绳索。 Gen360 超越 MRL 设计并引入连接和物联网^TM 平台是一个完全重新构想的电梯系统，通过整体研发实现，结合了新设备、软件和服务，并深思熟虑地重新构想如何满足客户需求。

空间效率-从车内进行维护：

Gen360^TM 平台最大限度地提高了汽车尺寸并最大限度地减少了建筑物中的电梯占地面积。 EN 81-20 规范要求在轿厢顶部和井道顶部之间留有避难空间，以确保符合电梯指令，从而保护从轿厢顶部执行维护操作的机械师。机械师从电梯内的工作平台进入轿厢顶部，从而可以直接从轿厢内部进行安全且符合人体工程学的维护操作（图 1 和 2）。 

安全系统可防止平台展开时汽车发生任何意外移动。施工更容易、更快、更便宜（突出物的施工和防水），而且随着时间的推移也更加可靠，因为不需要切割屋顶隔热层。 

Gen360^TM 平台还包括一些能够提高井道效率的关键功能：

• 不再需要调速器和张紧滑轮，因此借助电子安全执行器 (ESA) 释放了井道空间
• 可折叠的脚趾防护罩；低坑的推动者，提供强大而安静的解决方案
• 低开销和低基坑相结合

c) 重新构想安全

Gen360^TM 该平台设定了新的安全标准，借助新的主动安全装置，可以进行即时态势评估并增强远程救援。

支持创新的关键功能和子系统是： 

• 佩斯拉尔架构
• 绝对位置参考系统
• 电子安全执行器，从机械安全到电子安全（电子速度控制和安全块触发）
• 保护手动门解锁机构，防止任何人进入井道

佩斯拉尔架构

电气架构包括使用故障安全电子设备来监控安全链的 PESSRAL 技术。 Gen360^TM PESSRAL架构符合EN-IEC61508功能安全要求标准，可以放弃所有安全触点的串行连接，转而将触点连接到安全节点。好处是：

• 服务基础；基于状态的维护
• 快速故障排除
• 集成远程诊断
• 降低成本和接线时间

绝对位置参考系统 (APRS)

Gen360配备的汽车位置参考系统^TM 平台由经过 APRS、EN-IEC61508 和 SIL 3 认证的设备组成。 APRS系统主要由APRS传感器和APRS码带组成。 APRS 传感器使用光学扫描来确定速度和位置。位置和速度信息通过接口传输到下游处理单元。 

电子安全执行器 (ESA)

传统电梯在井道内装有机械超速调节器。从系统集成的角度来看，使用离心机构进行电梯超速检测的传统方法会降低井道效率和安装时间。 Gen360^TM 平台包括奥的斯的一项重大创新：取代机械超速调节器的 ESA。 

ESA 允许冗余监控速度并自动触发安全块。由汽车弹跳产生的虚假超速卡住被滤除，并且在真正超速的情况下，电子安全驱动系统会触发机械安全。但是，一旦电梯停止，奥的斯远程专家就可以远程调查。附加功能可实现自我诊断，并将故障条件响应传达给 PESSRAL，指示其接口完整性丧失以及执行其主要功能的整体准备情况。

手动门解锁机构的保护可防止任何人进入井道。

适合进入汽车顶部的车门没有配备传统的三角钥匙，现在已被一次性解锁装置（SUD）取代。在电梯正常使用期间，即乘客正常使用、交接测试或日常维护时，无需进入轿厢顶部，因此无需通过层门进入井道。层门是防止井道中发生危险情况的物理屏障：坠落和挤压。 SUD 可以特别用于在多个极不可能事件组合的情况下帮助救援，例如所有救援模式功能丧失（例如，多个组件发生故障）。 SUD 允许用户通过三角形钥匙打开和锁定层门。然而，当使用时，电梯无法再正常运行，并且永久丧失主要功能。

Gen360^TM 平台和相关安全子系统已由 Liftinstituut 根据欧洲电梯指令 2014/33/EU 和协调标准进行认证。 

3. 电梯数字化和Gen360^tm 平台边缘

包括奥的斯在内的电梯行业几十年来不断采用数字技术。例如，奥的斯在20多年前就推出了使用拨号调制解调器的远程监控系统，但在过去的10-XNUMX年里，数字化的速度急剧提高。随着计算、接口和通信技术的发展，它们已经进入电梯系统的不同部分。这不仅包括先进的物联网功能，还包括使用手机无缝访问技术、通过智能电梯调度改善人流、增强乘客体验（即使在发生被困等不幸情况下）、将电梯集成到建筑中管理并使用应用程序编程接口（API）将服务机器人与电梯集成。此类数字化导致电梯系统中的软件模块和传感器数量不断增加。 

Gen360^TM 平台是体现数字革命的系统的完美示例。服务团队能够访问有关电梯性能的实时数据。这有助于在潜在问题成为重大问题之前识别它们，从而减少停机时间并提高维护效率。通过分析数据和使用预测算法，维护团队可以主动安排维护，并在前往现场之前做好订购和携带所需设备的准备，从而降低意外故障的风险并最大限度地减少停机时间。数字通信功能可以添加更多即插即用传感器（例如加速度计或空气质量传感器）来支持额外的诊断和故障排除，从而确定问题的根本原因。这可以帮助加快维修速度，甚至可以在技术人员无需前往现场的情况下解决问题。 Gen360^TM 系统还配备了摄像头，例如车下摄像头，以支持态势感知和传感，以支持额外的机械安全。 

数字化也极大地改善了乘客体验。 Gen360^TM 与其他奥的斯系统一样，平台可以通过奥的斯 eCall 配备非接触式系统^TM 允许人们使用手机呼叫电梯的应用程序。 Gen360^TM 系统还提供与其他奥的斯系统的集成，例如 Compass® 360，这是一种可以集成到建筑物的物理门禁系统中的目的地调度系统。创新技术和更快的通信还使得电梯轿厢内的视频和音频内容个性化成为可能，同时在发生被困等不幸情况时为痛苦的乘客提供更人性化的体验。电子视图^TM 车内显示屏提供了独特的实时视频链接选项，因此被困乘客可以与现场人员交谈，从而在遇险时提供备受赞赏的人性化关怀。 

4. 网络安全和安全产品开发生命周期

随着电梯连接数字化程度的提高，重要的是要尽一切努力降低网络安全事件或不良行为者（甚至“偷渡式”黑客）攻击的风险。 Gen360^TM 平台及其相关组件的设计考虑到了网络安全。安全设计和纵深防御理念是安全产品开发生命周期 (SPDLC) 流程的核心，也是奥的斯产品开发的核心，并在 Gen360 的设计和开发过程中遵循^TM 硬件和软件。此过程从一开始就将网络安全确立为设计要求。该过程首先全面了解威胁场景，使用基于风险的方法定义总体安全要求。接下来是系统化的安全架构设计，其中不同类型的安全控制/对策被纳入产品设计中，以最大限度地降低网络风险。通过安全编码、静态代码分析、开源分析、漏洞分析和渗透测试的后续阶段，SPDLC 利用行业最佳实践来确保实现所需的网络安全态势。经过培训的人员会验证产品中是否采用了适当的安全措施，并跟踪产品是否有可能发现的新漏洞。奥的斯的流程在整个开发生命周期中提供稳健的治理和制衡。该流程符合国际公认的 IEC/ANSI/ISA 62443-4-1 标准，事实上，奥的斯的 SPDLC 流程已获得符合该标准的外部认证。 

除了强大的流程之外，Gen360^TM 平台融合了行业标准安全控制和许多关键网络技术。这包括使用安全启动技术以及软件和更新的代码签名，以确保维护软件的完整性。任何类型的外部通信都通过相应的因素进行验证。需要时进行身份验证的两个因素。额外的数据加密或签名层用于保护电梯系统各个关键组件（包括 PESSRAL 节点）内的关键数据。这些安全控制符合新的 ISO 8102-20 标准。组件的制造还经过各种安全控制。

除了这些行业标准流程和控制之外，SPDLC 流程还认识到网络安全领域正在不断发展，并且不断发现新的攻击和漏洞。与行业最佳实践一致，奥的斯拥有产品安全事件响应流程 (PSIRP)，为我们的产品部署后提供持续的网络安全支持，包括接受潜在事件/漏洞报告的途径以及有效管理响应的团队。为修复漏洞而需要进行的任何更改都会经过仔细测试，然后再仔细计划在需要时安装更新。

5。 可持续发展

世界比以往任何时候都更加意识到环境挑战。本节将探讨可持续发展的含义及其重要性，以及 Gen360 的设计中如何考虑可持续发展^TM 平台。

a) 什么是“可持续性”以及为什么它很重要？

可持续发展涉及满足人类的需求，同时又不损害子孙后代的能力。

可持续发展有六个因素：气候变化、环境、创新、技术、人员和道德。气候变化几乎位居所有可持续发展清单的首位，因为它是当今地球面临的最大挑战之一。其根源是燃烧化石燃料产生能源造成的温室气体排放过多。 

当前的全球变暖趋势是近千年来从未见过的。科学家认为这是由于19世纪中叶以来温室气体的吸热特性所致。^[5]

可持续发展为个人和企业带来了无数的好处。我们改变可持续发展水平的一种简单方法是设计超越现有环境法规的可持续电梯和电梯组件。 

b) 环境法规

各国的生态、气候、社会制度和商业实践各不相同，因此没有具体的机制来实践环境可持续性。 

c) 欧洲绿色协议^[6]

欧盟委员会通过了一系列提案，使欧盟的气候、能源、运输和税收政策适合到 55 年将温室气体净排放量比 2030 年的水平减少至少 1990%。

欧盟的目标是到 2050 年实现气候中和——成为温室气体净零排放的经济体。这一目标是《欧洲绿色协议》的核心，也符合欧盟根据《巴黎协定》对全球气候行动的承诺。

建筑行业是欧盟最大的单一能源消耗领域，约占能源消耗的 40% 和二氧化碳的 36%₂ 欧盟的排放量。据估计，电梯消耗的能源占建筑物能源的 2% 至 5%。因此，电梯行业可以通过提供节能解决方案并减少材料生产过程中的碳排放，为建筑环境脱碳做出贡献。

因此，已经采取了各种举措和计划来帮助实现这一艰巨的任务，例如恢复和复原力。

为了提高建筑物的能源绩效，欧盟建立了立法框架，其中包括《建筑物能源绩效指令 2010/31/EU》(EPBD)^[8] 和能源效率指令 2012/27/EU (EED)。^[13]

EPBD 对电梯的重要性

EPBD 于 2018 年进行修订，将有助于实现《欧洲绿色协议》中规定的建筑和改造目标。这些指令共同推动的政策将有助于到 2050 年实现高能效和脱碳的建筑群，并为投资决策创造稳定的环境，使消费者和企业能够做出更明智的选择以节省能源和资金。 EPBD 是欧盟改善建筑物能源绩效的主要法律文书。 

电梯、自动扶梯和自动人行道不属于该指令的一部分，但欧洲电梯协会正在与欧盟政策制定者合作，以实现欧盟宏伟目标的包容性和贡献。在此背景下，生命周期评估 (LCA) 的使用在欧盟成员国即将出台的国家法规中发挥着重要作用，建筑物的生命周期评估 (LCA) 以及建筑产品的环境产品声明 (EPD) 成为强制性的。 EPBD 包括对建筑物隐含能源和碳足迹计算的要求。这些计算是通过 LCA 获得的，并呈现在环境产品声明 (EPD) 中。一些成员国正在寻求对二氧化碳的全球变暖潜能值 (GWP) 设定限值₂ 每米当量² 使用生命周期评估作为政策制定或衡量建筑物对环境影响的工具。

尽管欧洲层面尚无任何有关能源效率的立法规定，但近年来业界已开始关注电梯的能源性能。国际标准化组织发布了国际标准 EN ISO 25745，其中包含评估电梯能源效率的方法以及评估电梯能源等级的方案。最后，LCA 对于电梯来说是一个重要方面，因为它们具有较长的技术寿命。产品类别规则 (PCR) PCR UN CPC 4354 于 2015 年制定，规定了新建或现代化电梯的规则。

Gen360如何^TM 平台对可持续发展有何贡献？

奥的斯可持续发展团队采用 LCA 方法来评估和识别电梯（例如 Gen2® 电梯）的相关环境影响，并将观察结果/结论视为设计 Gen360 的关键驱动因素^TM 平台。所有结果均已在 EPD 中报告，可在国际 EPD 系统中查阅。^[12] 

对之前电梯的 LCA 评估有助于重新构想新电梯及其组件的概念，以及数字化转型如何支持使该设计更具可持续性。因此，工程师们首先解决了以下问题：如何让老式电梯更加环保？ 

旧电梯的设计主要注重容量，即电梯可承载的人数。人们相信电梯可以承载的人越多，运行就越好。但是，这需要更多的能源来生产和运营，因此对环境的影响更大。

LCA 结果表明，生产和使用阶段对全球变暖的影响最大。

研究结束后，奥的斯确定了一组设计方案并确定了优先顺序。对环境参数的影响主要与能源有关；与电梯的总质量相比，其他环境参数的变化仅导致材料使用发生相当小的变化。

Gen360的设计^TM 平台专注于降低能源消耗，以及电梯本身的可持续性和建设。

基于第一个 LCA 结果和电梯生态设计准备研究的结果，实施生态设计工作计划^[9] 2016-2019，结合使用有限元分析的先进方法，Gen360^TM 平台考虑了以下许多设计特点，以减少对环境的影响（主要是能源消耗）并优化机械结构：

• 低能耗设备：层站和轿厢指示灯和按钮、高效照明 LED、节能电源和低功耗控制器
• 关闭组件：闲置 5 分钟后，光幕、门控制器、照明、通风和内部显示器将关闭，面板将变暗。
• 深度待机：30分钟不使用电梯后能耗降低。它通过将控制器和驱动系统置于深度睡眠模式来降低功耗，这会影响对呼叫的响应时间。
• 机器：在运行消耗方面，优化了永磁同步（PMS）无齿轮曳引机和驱动系统（包括逆变器）其他方面的效率，以及曳引电梯中的配重。
• 奥的斯涂层钢增强皮带可减少摩擦。与传统钢丝绳相比，这种创新的悬挂装置技术还因其替代率而受到赞赏。
• 再生驱动技术：采用内置能量回收装置。它可以再生电梯产生的能量并将其返回到电网中。这种绿色电力可用于建筑物设备或电梯照明。运行模式下能耗降低，与传统非再生驱动系统相比，节能高达75%。
• 新的门操作器降低了运行模式下的能源需求。
• 使用变压变频 (VVVF) 驱动器有助于在电梯繁忙运行期间降低功耗。如果是多设施建筑，电梯会集体运行。
• 为了鼓励对环境负责的森林管理，至少使用 50% 的经过认证的木质产品，例如驾驶室中的木镶板。
• REACH 合规性：低排放材料、油漆和涂料可最大程度地减少室内空气污染物的数量
• 预测性维护可以减少到客户现场的运输，这意味着平均而言需要更少的燃料，从而减少二氧化碳排放₂ 排放。除此之外，数字化有助于提高零部件的可修复率，从而减少不合理的浪费。
• Gen360^TM 平台的新电子架构取代了大部分机械部件，从而优化了电梯的总重量，这意味着在井道中移动电梯所需的能量更少。

因此，Gen360^TM 与之前的研究相比，该平台产生了更好的 LCA 结果和 ISO 25745 的最高级别的能源分类。

Gen360™平台的影响主要由材料制造（即A1-A3）驱动，约占GWP总量的50%，以及使用阶段（25年）期间的电力消耗，约占GWP的40%。与之前的电梯设计的比较反映了 Gen360 在可持续性方面取得的进步^TM 平台。

6. 结论

为了满足客户不断增长的需求以及城市化步伐加快的推动，奥的斯推出了 Gen360^TM 平台，结合环境可持续技术，为电梯行业带来真正的数字革命。它利用本地电子架构和大量数字设备和流程以及新的安全和安保功能，进一步改善服务、重振客户体验并不断实现更环保的解决方案。这是通过国际开发团队的整体方法实现的，从而形成了完全重新构想的奥的斯数字垂直移动系统平台。

7。 参考

[1] 联合国经济和社会事务部，2018年，修订版：population.un.org/wup/publications/Files/WUP2018-Report.pdf

[2] 联合国，“联合国经济学家网络为联合国成立 75 周年打造时代趋势的报告”，2020 年 XNUMX 月

[3] 世界城市化，Espace-mondial-atlas.sciencespo.fr，28 年 2018 月 XNUMX 日

[4] 麦肯锡公司，“在动荡中蓬勃发展：想象未来的城市”，11 年 2018 月 XNUMX 日

[5] blog.cleanhub.com/environmental-sustainability

[6]commission.europa.eu/strategy-and-policy/priorities-2019-2024/european-green-deal/delivering-european-green-deal_en

[7]“电梯行业实现‘净零排放’——有可能吗？”ela-aisbl.eu

[8] energy.ec.europa.eu/topics/energy-efficiency/energy-efficient-buildings/energy-performance-buildings-directive_en

[9] eco-lifts.eu/eco-lifts-en/content/documents.php

[10] 了解 IEC 62443，iec.ch/blog/understanding-iec-62443

[11] ISO 8102-20:2022 电梯、自动扶梯和自动人行道的电气要求 — 第 20 部分：网络安全，iso.org/standard/78576.html

[12] environdec.com/home 

[13] rehva.eu/eu-policy/energy-performance-of-buildings-directive-epbd

8. 致谢

Gen360^TM 平台是奥的斯电梯公司数百名同事的非凡成就。作者撰写这篇技术论文的目的是代表他们并推广他们的工作成果。