O gerenciamento de estoques é um assunto que desperta muito interesse, tanto na indústria quanto no meio acadêmico. Na literatura é possível encontrar diversos modelos de gerenciamento de estoques. Uma característica comum desses modelos é que a qualidade dos resultados está fortemente ligada à qualidade das estimativas das demandas futuras. O uso das previsões de RUL (Remaining Useful Life) geradas por um sistema de PHM (Prognostics and Health Monitoring) pode representar uma evolução nas estimativas das demandas futuras, possibilitando uma melhoria no gerenciamento dos estoques. O objetivo desta tese é propor um método para estimar as demandas futuras por peças de reposição de itens não reparáveis, baseado em informações obtidas de um sistema de PHM. As estimativas de demanda obtidas pelo método proposto foram usadas para determinar os parâmetros de um modelo [R, Q] (ponto de pedido com lote econômico). Foram feitas simulações para comparar o desempenho do método proposto com o método clássico de estimativa de demandas futuras em termos de custos totais médios e nível de serviço atingido. Nas simulações realizadas, o método proposto apresentou melhores resultados que o modelo [R, Q] clássico para todos os níveis de serviço considerados.

O cálculo da vida útil de estruturas quanto à fadiga aborda, entre outros aspectos, a análise da propagação de trincas ao longo da vida operacional. Neste sentido, o enfoque determinístico é consagrado na indústria por ter sua teoria amadurecida (isto é, trata-se de um método mais antigo), bem como por ser amplamente reconhecido e aceito pelos órgãos certificadores. O presente trabalho aborda outro enfoque da avaliação quanto à fadiga, que é o enfoque probabilístico. Entre outros aspectos, este enfoque emprega conceitos de estatísticas e probabilidades na avaliação de configurações estruturais submetidas a carregamentos cíclicos. Serão apresentados ao logo deste trabalho o conceito de EIFS (equivalent initial flaw size) e uma metodologia desenvolvida para a sua determinação a partir de resultados de ensaios de fadiga. Os resultados de ensaios de fadiga analisados no presente trabalho são provenientes de dois componentes estruturais: um olhal e uma junta de cisalhamento. Estes componentes foram selecionados para esta avaliação devido a sua vasta aplicação na indústria. Foram ilustrados ao longo do trabalho os ganhos decorrentes da aplicação do enfoque probabilístico, para as duas configurações. Conforme será detalhado, foi verificado que para a junta de cisalhamento o enfoque probabilístico levaria ao cálculo de uma vida operacional maior que a determinada por meio do enfoque determinístico tradicional. Para o olhal, tal aumento só foi verificado para uma pequena faixa de tensões de carregamento. O conceito de EIFS consiste em um dos pilares da análise de confiabilidade de estruturas, posto que é um dos parâmetros de entrada para uma análise integrada, em que diversos fatores são considerados simultaneamente. Recentemente o meio acadêmico está abordando com maior frequência o enfoque probabilístico e a indústria está paulatinamente reconhecendo os ganhos que podem advir da sua aplicação consistente.

A bateria, equipamento indispensável a projetos elétricos de aeronaves, possui, assim como demais componentes, uma degradação da saúde ao longo de sua vida. No atual cenário da aviação, essa degradação é muitas vezes acompanhada pelos operadores utilizando inspeções com intervalos fixos (hard times) composta de diagnósticos simples, o que pode implicar em remoção do equipamento antes do término de seu ciclo de vida ou na ocorrência de falhas não previstas entre os períodos de inspeções. A subutilização da bateria ou a falha não prevista promove um custo ao operador e representa uma redução da segurança de voo. Esse trabalho apresenta uma metodologia baseada em modelo capaz de monitorar a saúde da bateria aeronáutica de lítio-íon e de estimar a vida útil restante (RUL - Remaining Useful Life) desse componente, aplicando técnicas de PHM (Prognostics and Health Management) para predizer o tempo de falha e, assim, reduzir o custo de manutenção e contribuir para a segurança da operação. O estudo utiliza um repositório de dados disponibilizados pela NASA para gerar o modelo de descarga, o modelo de capacidade e o modelo do estado de saúde da bateria ao decorrer de seu ciclo de vida. Os modelos são utilizados para simular a operação da bateria em diferentes perfis de operação. Utilizando os resultados obtidos através das simulações, é realizado o cálculo baseado em regressão linear para estimar RUL e sua respectiva incerteza, provendo assim informação necessária para o operador gerenciar a manutenção da bateria no decorrer de sua vida útil.

The capability of predicting failure events of systems and components can provide benefits in equipment operation and maintenance. For this reason, the subject of failure prognosis is gaining greater attention from academia and industry over the last years. This work presents novel contributions related to the development and performance evaluation of failure prognosis solutions. One important step in failure prognosis is the estimation of the health state of the monitored equipment and its trend. Here, Sigma-Point Kalman Filter (SPKF) algorithms are employed for this purpose and their performance is compared to Particle Filter (PF) algorithms which are commonly cited in literature for this kind of application. Once the health state and its trend are estimated, in order to proceed with the failure prognosis, it is necessary to use this information to predict the remaining useful life (RUL) of the equipment. The RUL estimate is commonly yielded on the form of a probability distribution. A novel method, based on the Unscented Transform (UT), is presented and evaluated for this purpose. Results indicate that this approach may provide benefits when compared to the usual Monte Carlo based method. Finally, after a failure prognosis solution is developed, it is necessary to adequately evaluate its performance. This work also comprises the proposition of a novel method for such assessment, based on the use of the Probability Integral Transform (PIT). Such new method provides a measure of how adequately the proposed RUL probability distributions fit the available set of ground truth validation data. Also, additional proposed features make it possible to take into consideration the impact of the size of the validation data set into the uncertainty of the resulting metrics.

Dans les communautés virtuelles pair-à-pair (P2P) de partage de données, les requêtes top-k présentent deux avantages principaux. Premièrement, elles permettent aux participants de qualifier les résultats de leurs requêtes par rapport aux données partagées dans le système et ceci en fonction de leurs préférences individuelles. Deuxièmement, elles évitent de submerger les participants avec un grand nombre de réponses. Cependant, les techniques existantes pour le traitement des requêtes top-k dans un environnement complètement distribué présentent l'inconvénient d'un temps d'attente important pour l'utilisateur. Ce temps d'attente est encore très long plus le système est surchargé. Dans un premier temps, nous revisitons le problème du temps d'attente de l'utilisateur dans le traitement des requêtes top-k en introduisant deux nouvelles mesures : le temps de stabilisation et la qualité restante cumulée. En complément des mesures existantes, elles permettent de qualifier plus précisément le comportement d'un algorithme top-k. Dans un deuxième temps, nous proposons une famille d'algorithmes (ASAP), permettant de retourner à l'utilisateur les résultats de bonne qualité le plus tôt possible. Enfin, nous nous intéressons au problème du traitement des requêtes top-k dans le cadre des systèmes P2P surchargés, particulièrement critique pour les solutions classiques, en proposant une nouvelle approche (QUAT). Cette solution fait usage de descriptions synthétiques des données des pairs pour permettre aux pairs de traiter en priorité les requêtes pour les quelles ils peuvent fournir des résultats de bonne qualité.

Ce travail de recherche propose le développement et la validation d’une méthode de prédiction in-situ et temps réel de la durée de vie utile restante des engrenages de boîtes de vitesses automobiles de série. Cette méthode est destinée à être implantée dans des unités de commande électronique standards. En s’attachant tout particulièrement à proposer une solution simple, fiable, rentable et facilement transposable pour tout type de configuration, le système se base sur la combinaison d’une méthode d’acquisition des couples agissants sur la boîte de vitesses et d’une estimation continue des niveaux d’endommagement des engrenages. Un état de l’art et les fondamentaux théoriques d’une estimation de l’endommagement par une approche de contrainte nominale et une accumulation linéaire des endommagements partiels sont abordés dans un premier temps. La structure globale de l’algorithme de calcul de l’endommagement est ensuite étudiée et l’approche méthodologique adoptée pour sa mise au point expliquée. Cette dernière repose en grande partie sur un modèle complet de véhicule valide par des essais sur route et des mesures, où une attention toute particulière est portée à la représentation des changements de rapport et de la dynamique de la boîte de vitesses. Deux types de boite de vitesses sont alors considérées, une boite manuelle standard et une boite à double embrayage, et une spécification technique pour la configuration de l’algorithme ainsi qu’une analyse des besoins pour la méthode d’acquisition des couples sont formulées. En se basant sur ces études, un observateur d’état capable de reconstruire le couple agissant sur les disques d’embrayage ainsi que le couple en sortie de boite est développé et valide. Finalement, une synthèse de la méthode complète et de l’algorithme final est adressée, et les avantages économiques et écologiques liés à l’introduction de cette méthode pour des mesures de conception légère des boîtes de vitesses automobiles sont abordés et évalués. / This research work proposes the development and the validation of an online and real-time method to predict the remaining service life of the gearwheels of automotive transmissions, with the aim of implementing it on standard control units of series-production vehicles. By focusing on the proposition of a simple, reliable and easy-to-implement solution, the system relies on the combination of an acquisition method of the torques acting in the transmission and a continuous estimation of the damage levels of the gearwheels. Firstly, a state of the art and the theoretical basics are presented concerning a damage estimation based on a nominal stress concept and a linear damage accumulation. The global structure of the damage estimation algorithm is then analyzed and the methodological approach adopted for its development is explained. This is based in principal on a drivetrain model, validated with tests and measurements, where a particular attention is paid to the representation of the gear shifts and the transmission dynamics. Two types of transmissions are considered, namely a standard manual transmission and a dual clutch transmission mounted in series-production cars. Respectively a requirement analysis for the configuration of the algorithm as well as a requirement specification for the torque acquisition method are performed. On this basis, a state observer is developed and validated, which is able to reconstruct the clutch torque and the transmission output torque. Finally, a synthesis of the complete method and the final version of the algorithm are addressed, and the economic and ecological advantages of the introduction of the method in the context of lightweight design measures are discussed and evaluated. / Kurzfassung Diese Dissertation beschreibt die Entwicklung einer Online- und Echtzeit-Methode zur Vorhersage der restlichen Lebensdauer von den Zahnradern eines Kraftfahrzeuggetriebes. Diese Methode ist fur eine Implementierung auf Standard-Steuergeraten vorgesehen. Durch die Fokussierung auf eine einfache, zuverlassige und leicht zu implementierende Losung beruht die Methode auf der Kombination aus einer Drehmomenterfassungsmethode und einer kontinuierlichen Vorhersage des Schadigungsniveaus der Zahnrader. Zuerst werden der Stand der Technik und die theoretischen Grundlagen von Schadigungsberechnungen basierend auf dem Nennspannungskonzept und einer linearen Schadensakkumulation dargestellt. Danach wird die globale Struktur des Schadigungsberechnungsalgorithmus gezeigt und die fur die Entwicklung ausgewahlte methodische Vorgehensweise erlautert. Diese bezieht sich grundsatzlich auf ein durch Testfahrten und Messungen verifiziertes Antriebsstrangmodell, welches besonders die Schaltungen und die Dynamik des Getriebes berucksichtigt. Ein Serien-Handschaltgetriebe und ein Serien-Doppelkupplungsgetriebe werden betrachtet. Fur diese zwei Getriebetypen werden eine Anforderungsanalyse zur Konfiguration des Algorithmus sowie eine Anforderungsspezifikation fur die Drehmomenterfassungsmethode durchgefuhrt. Auf Basis dieser Untersuchungen wird dann ein Zustandsbeobachter zur Rekonstruktion des Kupplungs- und Getriebeausgangsdrehmoments entwickelt und validiert. Infolgedessen werden eine Synthese der kompletten Methode und die Endversion des Algorithmus vorgestellt. Abschliesend werden die Wirtschaftlichkeit sowie die okologischen Vorteile in Bezug auf die Einfuhrung der Lebensdauermonitoringmethode im Rahmen von Leichtbaumasnahmen diskutiert und bewertet.

L’objectif de ce travail est d’élaborer un modèle performant/précis de la machine électrique permettant de proposer une technique de pronostic. Dans cette thèse, nous commençons par un état de l’art sur les véhicules électriques hybrides (VHE), les différents types de machines électriques utilisées dans les VHE ainsi que les différents types de défauts pouvant survenir dans ces machines électriques. Nous identifions également les indicateurs de défauts appropriés aux différents défauts considérés. Ensuite, une synthèse de techniques de pronostic pouvant être appliquées est proposée. Le modèle à éléments finis électromagnétiques, thermiques et vibratoires (FEM) de la machine à aimants permanents est présenté. Le modèle est élaboré en fonctionnement normal et défaillant. Les types de défauts considérés sont : démagnétisation, court-circuit et excentricité. Une comparaison entre les deux approches analytique et FEM (méthode numérique) pour la modélisation de machines électromagnétiques est effectuée. Les indicateurs de défauts analysés pour l’extraction les plus pertinents utilisent les différents signaux mesurées suivants : le couple, la température ainsi que les signaux vibratoires en états sains et défectueux. L’approche de pronostic adoptée qui est le modèle de Markov caché (HMM) est développée. L'aspect technique de la méthode est présenté et le module du pronostic est formulé. La méthode de HMM est utilisée pour détecter et localiser les défauts à petites amplitudes. Une stratégie systématique a été développée. Le vieillissement de l’équipement de la machine, en particulier des éléments sensibles comme la bobine de stator et l’aimant permanent, est une question très importante pour le calcul du RUL (Remaining Useful Life). Une stratégie d’estimation pour le calcul RUL est présentée et discutée. La configuration en boucle fermée est très importante. Elle est adoptée par tous les systèmes de véhicules disponibles. Par conséquent, les mêmes étapes mentionnées précédemment s'appliquent également à une configuration en boucle fermée. Un modèle global où l’entrée du FEM de la machine provient de l’onduleur modélisé est élaboré. / The core of the work is to build an accurate model of the electrical machine where the prognostic technique is applied. In this thesis we started by a literature review on hybrid electric vehicles (HEV), the different types of electrical machine used in HEV’s and the different types of faults that may occur in those electrical machine. We also identify the useful monitoring parameters that are beneficial for those different types of faults. Then, a survey is presented where all the prognostic techniques that can be applied on this application are enumerated. The electromagnetic, thermal and vibration finite element model (FEM) of the permanent magnet machine is presented. The model is built at healthy operation and when a fault is integrated. The considered types of faults are:demagnetization, turn to turn short circuit and eccentricity. A confrontation between analytical and FEM (numerical method) for electromagnetic machine modeling is illustrated. Fault indicators where useful measured parameters forfault identification are recognized and useful features from the measured parameters are extracted; torque, temperature and vibration signal are elaborated for healthy and faulty states. The strategy of the adopted prognostic approach which is Hidden Markov Model (HMM) is explained. The technical aspect of the method is presented and the prognostic model is formulated. HMM is applied to detect and localize small scale fault small scale faults were where a systematic strategy is developed. The aging of the machine’s equipment,specially the sensitive ones that are the stator coil’s and the permanent magnet, is a very important matter for RUL calculation. An estimation strategy for RUL calculation is presented and discussed for those mentioned machine’s components. Closed loop configuration is very important; it is adopted by all available vehicle systems. Hence, the same previously mentioned steps are applied for a closed loop configuration too. A global model where the input of the machine’s FEM comes from the modeled inverter is built.