Este trabalho apresenta uma proposta de um software de simulação e diagnóstico de falhas aplicado a um sistema de automação. para realizar esta tarefa foi desenvolvido um estudo de caso que contem um problema de automação industrial. Deste estudo foi retirado um modelo, usado como base para criar do software de simulação que segue as especificações dos modelos, no qual é possível observar a evolução dos eventos através de sua linguagem e diagnosticar falhas, quando estas ocorrem em uma das máquinas da planta. O processo de diagnóstico de falhas tem como base as regras de diagnosticabilidade apresentadas na literatura. As máquinas, assim como suas restrições, são modeladas dentro do próprio software, onde são definidas as estruturas de cada automato assim como características como observabilidade, controlabilidade e a possibilidade de falhar. Os testes realizados no sistema apresentado mostraram que a linguagem de controle consegue, mesmo permitindo um nivel de liberdade ao sistema, identificar as falhas verificando somente para os eventos que ocorrem após a ocorrência da mesma. / This work we presents a proposal a software of simulation and fault diagnosis applied to an automation system. In that task was developed , a case study that contains a problem of industrial automation. The study was used as the source for creating the simulation that follows the specifications of software models, where you can observe the evolution of events through its language and diagnose faults when they occur in one of the machines of the plant. The process of fault diagnosis is based on the rules of diagnosticabilidades presented in the literature. The machines, as well as its restrictions are modeled within the software itself, where the structures of each automaton are defined the caracteristics as observability an the possibility of failure. The tests in the system showed that of the language used can allowing identify fails, checking only for events that occorem after the occurence the fails.

Este trabalho apresenta uma proposta de um software de simulação e diagnóstico de falhas aplicado a um sistema de automação. para realizar esta tarefa foi desenvolvido um estudo de caso que contem um problema de automação industrial. Deste estudo foi retirado um modelo, usado como base para criar do software de simulação que segue as especificações dos modelos, no qual é possível observar a evolução dos eventos através de sua linguagem e diagnosticar falhas, quando estas ocorrem em uma das máquinas da planta. O processo de diagnóstico de falhas tem como base as regras de diagnosticabilidade apresentadas na literatura. As máquinas, assim como suas restrições, são modeladas dentro do próprio software, onde são definidas as estruturas de cada automato assim como características como observabilidade, controlabilidade e a possibilidade de falhar. Os testes realizados no sistema apresentado mostraram que a linguagem de controle consegue, mesmo permitindo um nivel de liberdade ao sistema, identificar as falhas verificando somente para os eventos que ocorrem após a ocorrência da mesma. / This work we presents a proposal a software of simulation and fault diagnosis applied to an automation system. In that task was developed , a case study that contains a problem of industrial automation. The study was used as the source for creating the simulation that follows the specifications of software models, where you can observe the evolution of events through its language and diagnose faults when they occur in one of the machines of the plant. The process of fault diagnosis is based on the rules of diagnosticabilidades presented in the literature. The machines, as well as its restrictions are modeled within the software itself, where the structures of each automaton are defined the caracteristics as observability an the possibility of failure. The tests in the system showed that of the language used can allowing identify fails, checking only for events that occorem after the occurence the fails.

Orientadores: João Mauricio Rosario, Paul Sas / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-21T14:19:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pereira_JoaoAntonio_D.pdf: 11639940 bytes, checksum: 8ae79402323dcf5b2975577c75bf8e14 (MD5) Previous issue date: 1996 / Resumo: Este trabalho propõe uma metodologia, baseada na utilização de técnicas de ajuste de modelos, para a localização de falhas em estruturas mecânicas. Inicialmente, é feito um levantamento das técnicas de comparação e ajuste de modelos bem como uma discussão detalhada das várias etapas envolvidas no processo tais como modelagem analítica, teste experimental, correlação, localização de erro e ajuste do modelo. Os problemas de incompatibilidade entre os modelos causados pela diferença entre o número de graus de liberdade do modelo analítico e do modelo experimental são resolvidos através da utilização de métodos de redução e um sistema de referência comum para os dois modelos, experimental e analítico. Diferentes métodos de comparação, correlação e ajuste são discutidos, enfatizando-se as vantagens dos métodos baseados em funções de resposta em freqüência para a localização de falha estrutural. A metodologia proposta assume que falhas estruturais provocam uma redução da rigidez e da massa (menos provável) do sistema levando assim à uma mudança das características dinâmicas da estrutura e consequentemente, uma deterioração da correlação inicial entre o modelo analítico e o modelo experimental. A análise desta perda de correlação dos modelos permite avaliar o estado de degradação da estrutura. Detectada uma alteração significativa do comportamento da mesma, o modelo analítico é atualizado em relação aos parâmetros físicos e/ou geométricos, e o novo modelo é comparado com os dados de referência buscando localizar a falha. Modelos numéricos simulados e dados experimentais foram utilizados na validação do método. Duas estruturas foram ensaiadas, uma parcialmente danificada e a outra com um membro complemente danificado. Os resultados obtidos em ambos os casos foram satisfatórios e bastante promissores. A metodologia localizou os componentes danificados das estruturas e permitiu uma estimativa da extensão dos danos das mesmas / Abstract: This work investigates the location and assessment of structural damage of fIexible structures by using a Non Destructive Evaluation (NDE) tool based on the model updating technique. First. A survey of the model test reconciliation and a positioning of its various phases such as analytical modelling, experimental test, model correlation. error localisation and model adjustment are presented. The problems of incompatibility of the models due to the difference of the number as well as the positions of the degrees of freedom from the analytical and the experimental models are solved by using methods of reduction, and a common system of reference for both models. Various methods of comparison, correlation and updating have been discussed. It is also highlighted the advantages of the use of FRF-based model updating for dartuigedetection purpose. The NDE approach assumes that structural damage provokes a reduction of the stiffness and mass (Iess expected) of the structure yielding a change of its structural dynamic behaviour and consequently, a deterioration of the original correlation between the analytical and experimental models. The loss of correlation of the models is used to evaluate the damage state of the structure. For those cases that is detected a significant change of the dynamic behaviour of the structure, the analytical model is updated, based on the measured damaged data, and the updated model is compared with the intact one in order to localize the damage. Therefore, for a success of the updating process, the comparison between the updated model and the original undamaged one can provide the changes of the structure, leading to the damage. The updating method incorporated in the approach is a FRF-base updating method that works at an element levei and does not interfere with the theory of finite element modeI. This feature allows to relate the changes of the updated model directly with the variation of the adjusted parameters of the elements. which makes the method very useful for damage detection, since the difference between the original and the updated model becomes physically interpretable. Numerical simulation has been used to validate the proposed method and also to investigate the influence of noise contamination on the FRF(s) and the influence of a reduced set of "measured" responses in the localization of the damage. Two experimental tests have been performed in order to demonstrate the capability and limitation of the procedure using real measured data. Initially, a partial damage of a frame structure was investigated and then a total damage of a member from a spatial beam like structure. The approach succeeded in both cases, and it was shown that the quality of the measurement data and the reliability of the initial finite e!ement mode! are important requirements for the success of the approach / Doutorado / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Katia Lucchesi Cavalca Dedini / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-25T11:01:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Machado_TiagoHenrique_D.pdf: 3995652 bytes, checksum: f00b87b92c83f91394b947dc2de4ccee (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Este trabalho tem como objetivo identificar os parâmetros de um modelo de desgaste em mancais hidrodinâmicos, um dos problemas típicos e inerentes ao funcionamento repetido de máquinas rotativas, o qual pode ser acentuado em partidas e paradas ou durante a passagem pela velocidade crítica do rotor. Desta forma, é proposto um modelo matemático capaz de representar este desgaste em termos de alguns de seus principais parâmetros, que para este trabalho são: profundidade máxima e posição angular. O cálculo da distribuição de pressão e, consequentemente, das forças hidrodinâmicas geradas pelo filme de óleo, é feito através do método dos volumes finitos, adaptado para situações onde o filme de óleo é descontínuo. Na modelagem do sistema rotor-mancais, o modelo do rotor é representado pelo método clássico dos elementos finitos e os mancais são aproximados por coeficientes dinâmicos de rigidez e amortecimento, a fim de representar tais efeitos inerentes ao filme de óleo. A identificação dos parâmetros característicos escolhidos para representar o desgaste é feita a partir da resposta dinâmica, em coordenadas direcionais, do sistema rotor-mancais no domínio da frequência. Esta identificação é realizada através de um método de busca que visa minimizar uma função objetivo, a qual, por sua vez, compara a resposta obtida numericamente com a resposta experimental proveniente de uma bancada de testes instrumentada. Através da comparação com os dados experimentais provenientes desta bancada, os resultados apresentados mostram que o modelo de desgaste desenvolvido neste trabalho é capaz de representar, de forma satisfatória, o comportamento de um mancal desgastado, assim como a resposta do sistema rotativo na presença desse tipo de falha. Com relação ao processo de identificação, o método de busca empregado mostra-se suficientemente robusto para identificar os parâmetros do desgaste real nas diferentes configurações empregadas nos mancais montados na bancada de testes / Abstract: The present work aims to identify the wear parameters of hydrodynamic bearings, one of the typical and inherent problems due to repeated use of rotating machineries, which can be accentuated in starts and stops or during the passage through the critical speed of the rotor. Thereby, a mathematical model capable of representing the wear in terms of its main parameters is proposed, which in the present work are the maximum depth and the angular position. The pressure distribution calculation and, consequently, the hydrodynamic forces generated by the oil film are numerically obtained by the finite volume method, adapted for situations where the oil film is discontinuous. In the rotor-bearing system modeling, the rotor model is represented by classic finite element method and the bearings are approximated by dynamic coefficients of stiffness and damping, in order to represent such inherent oil film effects. The identification of the parameters chosen to represent the wear is taken from the dynamic response, in directional coordinates, of the rotor-bearing system in the frequency domain. This identification is accomplished through a search method that aims to minimize an objective function which, in turn, compares the numerical response with the experimental response taken from an instrumented test rig. The results show that the wear model developed in this work is able to satisfactorily represent the behavior of a worn bearing, as well as the response of the rotating system in the presence of this type of failure. With respect to the identification process, the search method proves to be robust enough to identify the real wear parameters into the different configurations employed in the bearings mounted on the test rig / Doutorado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Paulo Sollero / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-21T04:28:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fanton_Fabricio_M.pdf: 34307939 bytes, checksum: 90121f68d41d617f120ccb7aab340d41 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Na indústria aeronáutica o uso de juntas coladas, rebitadas, parafusadas e soldadas na união de partes estruturais é de extrema importância no projeto das aeronaves. No entanto, devido as suas vantagens, as juntas coladas representam uma das principais tecnologias disponíveis para a exploração de novos materiais e para o desenvolvimento de projetos inovadores de configurações estruturais. Atualmente muitas aplicações aeronáuticas de colagem estão em estruturas e peças secundárias, contudo esta tecnologia apresenta grandes potenciais que dependem de um processo robusto e do domínio do dimensionamento e certificação. A colagem de chapas adicionais, chamadas de doublers, em áreas mais críticas de fuselagem e asa conduz à redução de usinagem química e mecânica, provendo um melhor aproveitamento dos materiais. Portanto, o doubler colado é uma alternativa de junta bastante eficaz em substituição às outras alternativas presentes hoje na indústria aeronáutica, promovendo uma maior eficiência na transferência de carga, potencial de redução de custo, alta resistência à corrosão e à fadiga, característica de retardar a propagação de trincas e maior integração das peças. Desta maneira, este trabalho tem como objetivo estudar estruturas aeronáuticas metálicas reforçadas por doublers colados, usando modelos analíticos, numéricos e experimentais, com ênfase na análise de tensões do adesivo. Além disso, criou-se um software com interface amigável reunindo os modelos analíticos mais importantes na análise de doublers colados e o modelo analítico criado pelo autor deste trabalho, permitindo a comparação das tensões no adesivo com os modelos numéricos. Na parte experimental, por tratar-se de um estudo relativamente novo e sem normalização específica de ensaios disponíveis, foram desenvolvidas técnicas de análise com o uso do processamento digital de imagens e da extensometria, além do projeto dos corpos de prova. Foram também projetados e ensaiados subcomponentes utilizados para simular as aplicações reais de doublers colados, através do desenvolvimento de uma ferramenta de otimização paramétrica visando à redução do peso nas aeronaves / Abstract: In the aircraft industry the use of bonded, riveted, bolted and welded joints at the junction of structural parts are extremely important in aircraft design. However, due their advantages, bonded joints, represent one of the main technologies available for the exploration of new materials and to the development of innovative structural configurations. Nowadays several aircraft bonded applications are applied in structures and secondary parts, however, this kind of technology presents a huge potential that depends on a robust model, in an effective sizing process and in an accurate certification. The bonding process of additional plates, best-known as doublers, in critical fuselage areas and in wings lead to a reduction in chemical and mechanical machining, providing a better material use. Thus, to avoid chemical milling, in some critical areas of the fuselage, are installed additional plates. These plates are called doublers, and are bonded in the base plate as a reinforcement located to reduce the stress level. Therefore, the use of bonded doublers is a very effective alternative to replace other alternatives present today in the aviation industry, promoting greater efficiency in load transfer, lower cost, high corrosion resistance, lower crack propagation and greater integration of parts. Thus, this work aims to study aeronautical metal structural joints reinforced by bonded doublers, through the analysis by analytical, numerical and experimental models, with emphasis on stress analysis of adhesive. In addition, software was created with a friendly interface gathering the most important analytical models in the analysis of bonded doublers, and allowing within this software to make the comparison with numerical models. Due the lack of standard tests and its relatively new study, new proceedings were created. These techniques were developed by the use of digital image processing and strain gage. Several subcomponents were designed and tested to simulate the actual application of bonded doublers, through the development of an optimization process in order to reduce weight of the aircraft / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Eurípedes Guilherme de Oliveira Nóbrega / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-18T19:29:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Manzano_RonaldoSergioNovaes_M.pdf: 3919621 bytes, checksum: 3ecae7cafc0760b1cbe75718579f45ef (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: O objetivo deste trabalho é criar uma metodologia que monitore e detecte em tempo real as falhas, seja de processo seja de instrumentos, em uma coluna de destilação. Para tanto, foi utilizado um sistema de inferência nebulosa com um sistema de análise de confiabilidade de instrumentos a partir dos diagnósticos disponibilizados na rede industrial Fieldbus Foundation®. O resultado é uma simples, prática e ao mesmo tempo poderosa ferramenta que permite aos operadores analisarem e identificarem falhas e todas as suas causas prováveis, permitindo-lhes assim tomar ações preventivas e/ou corretivas mais rapidamente e com maior assertividade. Essa metodologia foi desenvolvida em VBA Excel® com interface amigável e gráfica. Para cada falha detectada é detalhada sua causa raiz (pode ser mais de uma), ação a ser tomada e é dada uma indicação percentual de intensidade de falha, facilitando a priorização das ações de manutenção / Abstract: The objective is to create a methodology for to monitor and to detect faults in real time, as for process as for instruments in a distillation column. For this, we used a fuzzy inference system with another instruments reliability analysis system from the diagnostics available in the Fieldbus Foundation® industrial network. The result is a simple, practical and yet powerful tool that allows the operators to analyze and to identify faults and their possible causes, thus allowing them to take preventive and / or corrective actions more quickly and with greater assertiveness. This methodology was developed in Excel® VBA with friendly interface and graphics. For each fault detected is detailed their root-cause (may be more than one is possible), the actions to take and so, it's given a percentage indication of failure intensity, facilitating the prioritization for maintenance's actions / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Carlos Alberto Cimini Junior / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-28T23:32:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Almeida_RobertoSilvade_M.pdf: 4039070 bytes, checksum: 5f3fa81abaa6c19d365c550dd4b59dbd (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: O principal objetivo deste trabalho, foi desenvolver uma metodologia para identificar impacto em placas laminadas de materiais compósitos, a fim de reduzir o tempo de inspeção e assim otimizar o intervalo de inspeção para uma determinada estrutura, já que muitas vezes é necessário interromper a sua operação. Uma compreensão abrangente dos efeitos de interação estrutura, sensores piezelétricos e objetos utilizados para aplicar cargas de impacto foi essencial. Este trabalho efetua uma análise numérica a partir dos tempos que conduziram ondas de deformação para alcançar os sensores e os seus efeitos sobre a exatidão dos resultados, obtidos pelo algoritmo desenvolvido, bem como a exatidão da metodologia aplicada. Sensores piezelétricos fabricados pela International APC e um sistema de aquisição de dados da National Instruments foram utilizados para obter respostas de ondas de tensão geradas por cargas de impacto. Uma identificação simples e robusta do impacto em tempo real com base na triangulação foi implementada. O uso de recursos computacionais através da plataforma Labview, juntamente com um algoritmo implementado no código computacional, forneceu resultados promissores, após testes realizados em configurações de placas experimentais monitoradas com redes de sensores piezelétricos. A metodologia proposta foi validada para placas de material isotrópico (aço) e anisotrópico (carbono/epóxi) apresentando bons resultados. A interface foi desenvolvida para ser aplicada a materiais com diferentes índices de anisotropia, onde se pode ajustar os valores de velocidade das ondas em diferentes direções. Observou-se que o erro máximo medido foi de 0,028 m. O código computacional apresentou-se robusto para identificar o local do impacto em qualquer ponto da placa em tempo real. Foi possível também comprovar para as diferentes massas de impacto que um procedimento simples de triangulação combinado com as características de velocidade de propagação das ondas proporciona um meio de localizar impactos / Abstract: The main objective of this work was to develop a methodology for identifying impact in laminated plates of composite materials in order to reduce inspection time and thus reduce the inspection interval for a given structure, since it is often necessary to stop its operation. A comprehensive understanding of the interaction effects of structure, piezoelectric sensors and objects used to apply impact loads was essential. This work demonstrates the numerical analysis of time leading waves of deformation to reach the sensors and their effect on not only the accuracy of the results obtained by the algorithm but also the accuracy of the methodology applied. In this work, piezoelectric sensors manufactured by International APC and data acquisition system of National Instruments were used. A simple and robust real-time impact identification based on triangulation was implemented. The use of computational resources within Labview platform along with a computer code implemented algorithm provided promising results after testing experimental settings for plates monitored with of piezoelectric sensors. The proposed methodology was validated for isotropic (steel) and anisotropic (carbon/epoxy) plate materials with fairly good results. The interface was designed to be applied to materials with different degrees of anisotropy, adjusting the values of wave velocity in different directions for composite materials. It was observed that the maximum error was 0.028 m. The computer code was robust enough to identify the impact location at any point of the plate in real time. It was also possible to demonstrate for different impact masses that a simple triangulation procedure combined with the characteristics of wave propagation provides a methodology for locating impacts / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Thesis (MScEng (Process Engineering))--University of Stellenbosch, 2006. / The natural immune system is an exceptional pattern recognition system based on memory and learning that is capable of detecting both known and unknown pathogens. Artificial immune systems (AIS) employ some of the functionalities of the natural immune system in detecting change in dynamic process systems. The emerging field of artificial immune systems has enormous potential in the application of fault detection systems in process engineering. This thesis aims to firstly familiarise the reader with the various current methods in the field of fault detection and identification. Secondly, the notion of artificial immune systems is to be introduced and explained. Finally, this thesis aims to investigate the performance of AIS on data gathered from simulated case studies both with and without noise. Three different methods of generating detectors are used to monitor various different processes for anomalous events. These are: (1) Random Generation of detectors, (2) Convex Hulls, (3) The Hypercube Vertex Approach. It is found that random generation provides a reasonable rate of detection, while convex hulls fail to achieve the required objectives. The hypercube vertex method achieved the highest detection rate and lowest false alarm rate in all case studies. The hypercube vertex method originates from this project and is the recommended method for use with all real valued systems, with a small number of variables at least. It is found that, in some cases AIS are capable of perfect classification, where 100% of anomalous events are identified and no false alarms are generated. Noise has, expectedly so, some effect on the detection capability on all case studies. The computational cost of the various methods is compared, which concluded that the hypercube vertex method had a higher cost than other methods researched. This increased computational cost is however not exceeding reasonable confines therefore the hypercube vertex method nonetheless remains the chosen method. The thesis concludes with considering AIS’s performance in the comparative criteria for diagnostic methods. It is found that AIS compare well to current methods and that some of their limitations are indeed solved and their abilities surpassed in certain cases. Recommendations are made to future study in the field of AIS. Further the use of the Hypercube Vertex method is highly recommended in real valued scenarios such as Process Engineering.

University of Macau / Faculty of Science and Technology / Department of Electrical and Electronics Engineering

Stator current spectral analysis techniques are usually used to detect rotor faults in induction machines. Magnetic field anomalies in the airgap due to the rotor faults result in characteristic side-band harmonic components in the stator current spectrum, which can be measured as rotor fault signatures. A position-varying load torque oscillation at multiples of the rotational speed, however, has exactly the same effect. Stator current harmonics due to a load torque oscillation often obscure and even overwhelm rotor eccentricity fault detection since the magnitude of load oscillation induced harmonics is usually much larger. Although previous research has suggested some methods to differentiate between these two effects, most of them rely heavily on the accurate estimation of motor parameters. The objective of this research is to develop a far more practical and computationally efficient method to detect rotor faults effectively in the presence of a load torque oscillation. A significant advantage of the proposed scheme is that it does not need any knowledge of motor parameters. The normalized negative sequence information induced by a mixed rotor eccentricity in the stator current or terminal voltage space vector spectra, serves as a reliable rotor fault indicator to eliminate load oscillation effects. Detailed airgap magnetic field analysis for an eccentric motor is performed and all machine inductance matrices as well as their derivatives are reformulated accordingly. Careful observation of these inductance matrices provides a fundamental understanding of motor operation characteristics under a fault condition. Simulation results based on both induction motor dynamic model and Maxwell 2D Finite Element Model demonstrate clearly the existence of the predicted rotor fault indicator. Extensive experimental results also validate the effectiveness and feasibility of the proposed detection scheme.