Nas indústrias química e petroquímica o uso de sistemas redundantes é comum. Exceto pelos programas de lubrificação, a estratégia de manutenção adotada para estes sistemas é, principalmente, a manutenção corretiva. Os objetivos desta dissertação são, a partir do registro do histórico de falhas dos equipamentos de uma unidade fabril petroquímica e conceitos de confiabilidade, estimar o tempo limite que estes sistemas podem operar sem intervenções de manutenção, mantendo a disponibilidade do sistema em níveis adequados. Esse tempo limite foi usado para desenvolver um indicador a ser utilizado no processo de priorização das atividades de manutenção. Para atingir os objetivos foram desenvolvidas as seguintes etapas: a) revisão dos dados de confiabilidade; b) elaboração de modelagem de sistemas de bombeamento. Inicialmente foi realizada uma revisão dos dados de confiabilidade coletados pela empresa em estudo, a partir da qual se obteve análise dos problemas encontrados com os dados, sumário de procedimentos a serem adotados para cada tipo de problema e sugestões para evitar sua reincidência. Por meio dos resultados iniciais, foi elaborada a modelagem de sistemas de bombeamento, utilizando o método de Monte Carlo. Obtevese, como resultado, curvas de disponibilidade do sistema versus tempos para reparo. O método proposto é simples de ser utilizado em campo e, definida a disponibilidade desejada para o sistema redundante, permite o cálculo do máximo tempo para reparo do equipamento em falha. / In chemical and petrochemical industries redundant systems are usual. Except by lubrication programs, the maintenance strategy adopted for these systems is mainly corrective maintenance. Considering the historical failure records of the equipment of a factory and the use of reliability concepts, the goal of this work is to estimate the maximum time that these systems can operate without maintenance interference, while keeping the system availability on adequate levels. This maximum time was used to develop an indicator to be used in the process of prioritization of maintenance activities. To achieve these goals, the following steps have been developed: a) reliability data review; b) elaboration of a pumping system model. Initially, a review of the reliability data collect at the studied company was performed, from which an analysis of the problems encountered at these data, a summary of procedures to be adopted for each type of problem, and suggestions to avoid its recurrence were established. As a consequence of first results, a model for each pumping system using the Monte Carlo method was developed and availability curves of the system versus time to repair were obtained. The proposed method is simple to use in the field and, considering the desired availability for the redundant system, it allows the calculation of the maximum time to repair equipment failures.

Dissertação apresentada para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica e de Computadores, área de especialização Informatização Industrial, na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, sob a orientação do Professor Doutor António Manuel Lucas Soares

A evolução tecnológica dos sensores, da eletrônica e dos sistemas embarcados melhorou o desempenho, a confiabilidade e a robustez dos sistemas assim como as atividades de manutenção, em especial, as de manutenção proativa. Estes avanços tecnológicos possibilitaram uma nova visão sobre as práticas de manutenção existentes. A expansão das áreas de processamento de sinais e inteligência artificial proporcionou novas abordagens aos sistemas de controle, promovendo a criação de novos modelos de confiabilidade e disponibilidade de equipamentos e sistemas. Além disso, aumentou a precisão no reconhecimento de padrões de falhas, ampliou a avaliação e o diagnóstico de danos em equipamentos e sistemas, e adicionou inteligência aos sistemas de manutenção existentes. Diversas técnicas de processamento de sinais (tais como a transformada de Fourier), de inteligência artificial (as redes neurais artificiais e a lógica nebulosa, por exemplo) e de filtragem adaptativa (os filtros adaptativos, como exemplo) já são utilizadas com sucesso para detectar e prevenir falhas em vários tipos de equipamentos. Os sistemas de manutenção que fazem uso das técnicas de processamento de sinais e inteligência artificial, em conjunto, por exemplo, são conhecidos como sistemas de manutenção inteligente. Através desses sistemas, é possível monitorar as condições físicas, tomar decisões, efetuar ações de manutenção e fornecer diagnósticos precisos de falhas. Este trabalho aborda a implementação de um sistema de manutenção inteligente embarcado que usa a transformada wavelet packet e os mapas auto-organizáveis ou os filtros adaptativos para detectar, classificar e prever falhas em atuadores elétricos. A idéia principal deste trabalho é determinar qual destas ferramentas, mapas auto-organizáveis ou filtros adaptativos, é a mais adequada para o embarque. Espera-se com a implantação embarcada desse sistema de manutenção, por exemplo, evitar falhas nos atuadores e promover uma maior reutilização de peças. / The technological evolution of sensors, electronics, and embedded systems has improved the performance, reliability and robustness of systems as well the maintenance activities, especially the proactive maintenance. These technological advances have provided a new view about the existing maintenance practices. The expansion of signal processing and artificial intelligence has provided new approaches in industrial control systems leading to the proposal of new reliability and availability models for equipments and systems. Moreover, it has increased the precision in failure pattern recognition, has extended the assessment and diagnosis of damages in equipments and systems, and has added intelligence to existing maintenance systems. Several techniques for signal processing (such as Fourier transform), artificial intelligence (artificial neural networks, for example) and adaptive filtering (adaptive filters, as an example) are already used successfully to detect and prevent failures in several kinds of equipments. The maintenance systems that use, for example, the techniques for signal processing and artificial intelligence together are known as intelligent maintenance systems. It is possible to control the physical conditions, make decisions, perform maintenance activities and do accurate diagnosis of failures using those systems. This work presents the implementation of an embedded intelligent maintenance system using wavelet packet analysis and self organizing maps or adaptive filters for detection, classification, and prediction of failures in electrical actuators. The main idea is to determine which of these tools, self-organizing maps or adaptive filters, is the most suitable for the implementation in embedded systems. It is expected that with the implementation of this maintenance system, failures in actuators are avoided, and that a greater reuse of parts is achieved.

A evolução tecnológica dos sensores, da eletrônica e dos sistemas embarcados melhorou o desempenho, a confiabilidade e a robustez dos sistemas assim como as atividades de manutenção, em especial, as de manutenção proativa. Estes avanços tecnológicos possibilitaram uma nova visão sobre as práticas de manutenção existentes. A expansão das áreas de processamento de sinais e inteligência artificial proporcionou novas abordagens aos sistemas de controle, promovendo a criação de novos modelos de confiabilidade e disponibilidade de equipamentos e sistemas. Além disso, aumentou a precisão no reconhecimento de padrões de falhas, ampliou a avaliação e o diagnóstico de danos em equipamentos e sistemas, e adicionou inteligência aos sistemas de manutenção existentes. Diversas técnicas de processamento de sinais (tais como a transformada de Fourier), de inteligência artificial (as redes neurais artificiais e a lógica nebulosa, por exemplo) e de filtragem adaptativa (os filtros adaptativos, como exemplo) já são utilizadas com sucesso para detectar e prevenir falhas em vários tipos de equipamentos. Os sistemas de manutenção que fazem uso das técnicas de processamento de sinais e inteligência artificial, em conjunto, por exemplo, são conhecidos como sistemas de manutenção inteligente. Através desses sistemas, é possível monitorar as condições físicas, tomar decisões, efetuar ações de manutenção e fornecer diagnósticos precisos de falhas. Este trabalho aborda a implementação de um sistema de manutenção inteligente embarcado que usa a transformada wavelet packet e os mapas auto-organizáveis ou os filtros adaptativos para detectar, classificar e prever falhas em atuadores elétricos. A idéia principal deste trabalho é determinar qual destas ferramentas, mapas auto-organizáveis ou filtros adaptativos, é a mais adequada para o embarque. Espera-se com a implantação embarcada desse sistema de manutenção, por exemplo, evitar falhas nos atuadores e promover uma maior reutilização de peças. / The technological evolution of sensors, electronics, and embedded systems has improved the performance, reliability and robustness of systems as well the maintenance activities, especially the proactive maintenance. These technological advances have provided a new view about the existing maintenance practices. The expansion of signal processing and artificial intelligence has provided new approaches in industrial control systems leading to the proposal of new reliability and availability models for equipments and systems. Moreover, it has increased the precision in failure pattern recognition, has extended the assessment and diagnosis of damages in equipments and systems, and has added intelligence to existing maintenance systems. Several techniques for signal processing (such as Fourier transform), artificial intelligence (artificial neural networks, for example) and adaptive filtering (adaptive filters, as an example) are already used successfully to detect and prevent failures in several kinds of equipments. The maintenance systems that use, for example, the techniques for signal processing and artificial intelligence together are known as intelligent maintenance systems. It is possible to control the physical conditions, make decisions, perform maintenance activities and do accurate diagnosis of failures using those systems. This work presents the implementation of an embedded intelligent maintenance system using wavelet packet analysis and self organizing maps or adaptive filters for detection, classification, and prediction of failures in electrical actuators. The main idea is to determine which of these tools, self-organizing maps or adaptive filters, is the most suitable for the implementation in embedded systems. It is expected that with the implementation of this maintenance system, failures in actuators are avoided, and that a greater reuse of parts is achieved.

Nas indústrias química e petroquímica o uso de sistemas redundantes é comum. Exceto pelos programas de lubrificação, a estratégia de manutenção adotada para estes sistemas é, principalmente, a manutenção corretiva. Os objetivos desta dissertação são, a partir do registro do histórico de falhas dos equipamentos de uma unidade fabril petroquímica e conceitos de confiabilidade, estimar o tempo limite que estes sistemas podem operar sem intervenções de manutenção, mantendo a disponibilidade do sistema em níveis adequados. Esse tempo limite foi usado para desenvolver um indicador a ser utilizado no processo de priorização das atividades de manutenção. Para atingir os objetivos foram desenvolvidas as seguintes etapas: a) revisão dos dados de confiabilidade; b) elaboração de modelagem de sistemas de bombeamento. Inicialmente foi realizada uma revisão dos dados de confiabilidade coletados pela empresa em estudo, a partir da qual se obteve análise dos problemas encontrados com os dados, sumário de procedimentos a serem adotados para cada tipo de problema e sugestões para evitar sua reincidência. Por meio dos resultados iniciais, foi elaborada a modelagem de sistemas de bombeamento, utilizando o método de Monte Carlo. Obtevese, como resultado, curvas de disponibilidade do sistema versus tempos para reparo. O método proposto é simples de ser utilizado em campo e, definida a disponibilidade desejada para o sistema redundante, permite o cálculo do máximo tempo para reparo do equipamento em falha. / In chemical and petrochemical industries redundant systems are usual. Except by lubrication programs, the maintenance strategy adopted for these systems is mainly corrective maintenance. Considering the historical failure records of the equipment of a factory and the use of reliability concepts, the goal of this work is to estimate the maximum time that these systems can operate without maintenance interference, while keeping the system availability on adequate levels. This maximum time was used to develop an indicator to be used in the process of prioritization of maintenance activities. To achieve these goals, the following steps have been developed: a) reliability data review; b) elaboration of a pumping system model. Initially, a review of the reliability data collect at the studied company was performed, from which an analysis of the problems encountered at these data, a summary of procedures to be adopted for each type of problem, and suggestions to avoid its recurrence were established. As a consequence of first results, a model for each pumping system using the Monte Carlo method was developed and availability curves of the system versus time to repair were obtained. The proposed method is simple to use in the field and, considering the desired availability for the redundant system, it allows the calculation of the maximum time to repair equipment failures.

Nas indústrias química e petroquímica o uso de sistemas redundantes é comum. Exceto pelos programas de lubrificação, a estratégia de manutenção adotada para estes sistemas é, principalmente, a manutenção corretiva. Os objetivos desta dissertação são, a partir do registro do histórico de falhas dos equipamentos de uma unidade fabril petroquímica e conceitos de confiabilidade, estimar o tempo limite que estes sistemas podem operar sem intervenções de manutenção, mantendo a disponibilidade do sistema em níveis adequados. Esse tempo limite foi usado para desenvolver um indicador a ser utilizado no processo de priorização das atividades de manutenção. Para atingir os objetivos foram desenvolvidas as seguintes etapas: a) revisão dos dados de confiabilidade; b) elaboração de modelagem de sistemas de bombeamento. Inicialmente foi realizada uma revisão dos dados de confiabilidade coletados pela empresa em estudo, a partir da qual se obteve análise dos problemas encontrados com os dados, sumário de procedimentos a serem adotados para cada tipo de problema e sugestões para evitar sua reincidência. Por meio dos resultados iniciais, foi elaborada a modelagem de sistemas de bombeamento, utilizando o método de Monte Carlo. Obtevese, como resultado, curvas de disponibilidade do sistema versus tempos para reparo. O método proposto é simples de ser utilizado em campo e, definida a disponibilidade desejada para o sistema redundante, permite o cálculo do máximo tempo para reparo do equipamento em falha. / In chemical and petrochemical industries redundant systems are usual. Except by lubrication programs, the maintenance strategy adopted for these systems is mainly corrective maintenance. Considering the historical failure records of the equipment of a factory and the use of reliability concepts, the goal of this work is to estimate the maximum time that these systems can operate without maintenance interference, while keeping the system availability on adequate levels. This maximum time was used to develop an indicator to be used in the process of prioritization of maintenance activities. To achieve these goals, the following steps have been developed: a) reliability data review; b) elaboration of a pumping system model. Initially, a review of the reliability data collect at the studied company was performed, from which an analysis of the problems encountered at these data, a summary of procedures to be adopted for each type of problem, and suggestions to avoid its recurrence were established. As a consequence of first results, a model for each pumping system using the Monte Carlo method was developed and availability curves of the system versus time to repair were obtained. The proposed method is simple to use in the field and, considering the desired availability for the redundant system, it allows the calculation of the maximum time to repair equipment failures.

A evolução tecnológica dos sensores, da eletrônica e dos sistemas embarcados melhorou o desempenho, a confiabilidade e a robustez dos sistemas assim como as atividades de manutenção, em especial, as de manutenção proativa. Estes avanços tecnológicos possibilitaram uma nova visão sobre as práticas de manutenção existentes. A expansão das áreas de processamento de sinais e inteligência artificial proporcionou novas abordagens aos sistemas de controle, promovendo a criação de novos modelos de confiabilidade e disponibilidade de equipamentos e sistemas. Além disso, aumentou a precisão no reconhecimento de padrões de falhas, ampliou a avaliação e o diagnóstico de danos em equipamentos e sistemas, e adicionou inteligência aos sistemas de manutenção existentes. Diversas técnicas de processamento de sinais (tais como a transformada de Fourier), de inteligência artificial (as redes neurais artificiais e a lógica nebulosa, por exemplo) e de filtragem adaptativa (os filtros adaptativos, como exemplo) já são utilizadas com sucesso para detectar e prevenir falhas em vários tipos de equipamentos. Os sistemas de manutenção que fazem uso das técnicas de processamento de sinais e inteligência artificial, em conjunto, por exemplo, são conhecidos como sistemas de manutenção inteligente. Através desses sistemas, é possível monitorar as condições físicas, tomar decisões, efetuar ações de manutenção e fornecer diagnósticos precisos de falhas. Este trabalho aborda a implementação de um sistema de manutenção inteligente embarcado que usa a transformada wavelet packet e os mapas auto-organizáveis ou os filtros adaptativos para detectar, classificar e prever falhas em atuadores elétricos. A idéia principal deste trabalho é determinar qual destas ferramentas, mapas auto-organizáveis ou filtros adaptativos, é a mais adequada para o embarque. Espera-se com a implantação embarcada desse sistema de manutenção, por exemplo, evitar falhas nos atuadores e promover uma maior reutilização de peças. / The technological evolution of sensors, electronics, and embedded systems has improved the performance, reliability and robustness of systems as well the maintenance activities, especially the proactive maintenance. These technological advances have provided a new view about the existing maintenance practices. The expansion of signal processing and artificial intelligence has provided new approaches in industrial control systems leading to the proposal of new reliability and availability models for equipments and systems. Moreover, it has increased the precision in failure pattern recognition, has extended the assessment and diagnosis of damages in equipments and systems, and has added intelligence to existing maintenance systems. Several techniques for signal processing (such as Fourier transform), artificial intelligence (artificial neural networks, for example) and adaptive filtering (adaptive filters, as an example) are already used successfully to detect and prevent failures in several kinds of equipments. The maintenance systems that use, for example, the techniques for signal processing and artificial intelligence together are known as intelligent maintenance systems. It is possible to control the physical conditions, make decisions, perform maintenance activities and do accurate diagnosis of failures using those systems. This work presents the implementation of an embedded intelligent maintenance system using wavelet packet analysis and self organizing maps or adaptive filters for detection, classification, and prediction of failures in electrical actuators. The main idea is to determine which of these tools, self-organizing maps or adaptive filters, is the most suitable for the implementation in embedded systems. It is expected that with the implementation of this maintenance system, failures in actuators are avoided, and that a greater reuse of parts is achieved.

Em sistemas modernos de manutenção inteligente a qualidade de uma máquina ou equipamento depende do suporte que é fornecido junto com esse produto, com a confiabilidade e segurança na utilização do mesmo. Estas exigências, por vezes, não são cumpridas e podem estar indisponíveis em algumas máquinas. Este trabalho descreve uma abordagem utilizando sinais de vibração coletados em tempo real com falhas como estudo preliminar para uma abordagem mais profunda como estudo dametodologia de testes de vida acelerado para auxiliar durante a fase de vida operacional permitindo ao fabricante a determinação dos ciclos de vida do produto. A abordagem proposta construída em cima de experiências anteriores em desenvolvimento no projeto Integração de Sistemas Inteligentes de Manutenção e Cadeia de Fornecimento de Peças Sobressalentes. O objetivo deste trabalho é apresentar resultados preliminares analisando a variabilidade das assinaturas de falhas das engrenagens danificadas de maneira a permitir a identificação dos ciclos de vida do produto para partes específicas de um atuador elétrico. / In modern systems of intelligent maintenance the quality of a machine or equipment depends on the support that comes with this product, with the reliability and safety in the use of it. These requirements are sometimes not met and may be unavailable on some machines. This paper describes an approach using vibration signals collected in real-time with faults as a preliminary study for a deeper approach with the study of the methodology of accelerated life tests to assist during the operational life stage allowing the manufacturer the determination of the life cycles of product. The proposed approach built on previous experiences under development in the project Integration of Intelligent Systems of Maintenance and Chain of Supply of Spares. The objective of this work is to present preliminary results analyzing the variability of failure signatures of the damaged gears in order to allow the identification of product life cycles for specific parts of an electric actuator.

Em sistemas modernos de manutenção inteligente a qualidade de uma máquina ou equipamento depende do suporte que é fornecido junto com esse produto, com a confiabilidade e segurança na utilização do mesmo. Estas exigências, por vezes, não são cumpridas e podem estar indisponíveis em algumas máquinas. Este trabalho descreve uma abordagem utilizando sinais de vibração coletados em tempo real com falhas como estudo preliminar para uma abordagem mais profunda como estudo dametodologia de testes de vida acelerado para auxiliar durante a fase de vida operacional permitindo ao fabricante a determinação dos ciclos de vida do produto. A abordagem proposta construída em cima de experiências anteriores em desenvolvimento no projeto Integração de Sistemas Inteligentes de Manutenção e Cadeia de Fornecimento de Peças Sobressalentes. O objetivo deste trabalho é apresentar resultados preliminares analisando a variabilidade das assinaturas de falhas das engrenagens danificadas de maneira a permitir a identificação dos ciclos de vida do produto para partes específicas de um atuador elétrico. / In modern systems of intelligent maintenance the quality of a machine or equipment depends on the support that comes with this product, with the reliability and safety in the use of it. These requirements are sometimes not met and may be unavailable on some machines. This paper describes an approach using vibration signals collected in real-time with faults as a preliminary study for a deeper approach with the study of the methodology of accelerated life tests to assist during the operational life stage allowing the manufacturer the determination of the life cycles of product. The proposed approach built on previous experiences under development in the project Integration of Intelligent Systems of Maintenance and Chain of Supply of Spares. The objective of this work is to present preliminary results analyzing the variability of failure signatures of the damaged gears in order to allow the identification of product life cycles for specific parts of an electric actuator.

Em sistemas modernos de manutenção inteligente a qualidade de uma máquina ou equipamento depende do suporte que é fornecido junto com esse produto, com a confiabilidade e segurança na utilização do mesmo. Estas exigências, por vezes, não são cumpridas e podem estar indisponíveis em algumas máquinas. Este trabalho descreve uma abordagem utilizando sinais de vibração coletados em tempo real com falhas como estudo preliminar para uma abordagem mais profunda como estudo dametodologia de testes de vida acelerado para auxiliar durante a fase de vida operacional permitindo ao fabricante a determinação dos ciclos de vida do produto. A abordagem proposta construída em cima de experiências anteriores em desenvolvimento no projeto Integração de Sistemas Inteligentes de Manutenção e Cadeia de Fornecimento de Peças Sobressalentes. O objetivo deste trabalho é apresentar resultados preliminares analisando a variabilidade das assinaturas de falhas das engrenagens danificadas de maneira a permitir a identificação dos ciclos de vida do produto para partes específicas de um atuador elétrico. / In modern systems of intelligent maintenance the quality of a machine or equipment depends on the support that comes with this product, with the reliability and safety in the use of it. These requirements are sometimes not met and may be unavailable on some machines. This paper describes an approach using vibration signals collected in real-time with faults as a preliminary study for a deeper approach with the study of the methodology of accelerated life tests to assist during the operational life stage allowing the manufacturer the determination of the life cycles of product. The proposed approach built on previous experiences under development in the project Integration of Intelligent Systems of Maintenance and Chain of Supply of Spares. The objective of this work is to present preliminary results analyzing the variability of failure signatures of the damaged gears in order to allow the identification of product life cycles for specific parts of an electric actuator.