Presentazione di PowerPoint - Lorenzo Fedele · Introduzione Struttura della presentazione: Stato...

Corso di laurea magistrale in ingegneria meccanica – curriculum produzione industriale

Facoltà di ingegneria civile e industriale

Progettazione e prototipazione di un sistema di telemanutenzione

intelligente per impianti tecnici:

integrazione della tecnologia blockchain nell’analisi predittiva

Candidato:

Massimiliano Iannucci 1654934

Relatore:

Lorenzo Fedele

Anno: 2019/2020

Perché l’ascensore?

“L’ascensore è il mezzo più utilizzato al mondo.”- Luigi Maggioni, CEO di Thyssenkrupp Italia

27/03/2020Titolo Presentazione Pagina 2

In Italia ci sono circa 1 milione di impianti

Il 40% è in funzione da più di 30 anni

Il 60% non dispone di tecnologie sufficienti a garantire un livello

assoluto di sicurezza

Ogni anno in Italia ci sono 11 milioni di ore di fuori servizio totali →

4.5 gg/anno per impianto

525 milioni di euro spesi annualmente per la MANUTENZIONE

Introduzione

Struttura della presentazione:

Stato dell’arte dei sistemi per la manutenzione predittiva


Origine del progetto

Analisi dell’ impianto finalizzata a progettare l’ hardware

Descrizione del software

Gestione dei dati attraverso la Blockchain

Modello di business

Stato dell’ arte


“Fault Detection of Elevator System Using

Profile extraction and Deep Autoencoder

Feature Extraction for Acceleration and

Magnetic Signals” di: Krishna

Mohan Mishra, Tomi R. Krogerus e Kalevi J.

Huhtala. Pubblicato nel 2019

Estrazione profili di vibrazione, differenziando tra

salita e discesa

Autoencoding delle features per ottenere un input

più snello e preciso

Predizione dello stato del sistema a seconda

della variazione correlata delle features

GrAMS 2009: l’origine del lavoro


Scopo del sistema

Predizione stato del sistema attraverso due ben

definiti indici, uno di affidabilità ed uno

sicurezza

Previsione del numero di interventi giornalieri da

eseguire

Valutazione delle priorità per le situazioni

d’emergenza

“Granted Availability Management System” by Massimo Concetti, Roberto Cuccioletta,

Lorenzo Fedele e Giampiero Mercuri: Sistema di telemanutenzione intelligente pensato per

impianti ascensori, termici ed elettrici.

Nuove normative vigenti:

UNI EN 81-1: 1999 → UNI EN 81-20/50: 2014

D.P.R. 162/99 → D.P.R. 23/2014

Avanzamento della tecnologia:

Sensori, software e potenza di calcolo

GrAMS 2020: hardware

Passaggi sviluppati per la definizione dei parametri critici, dunque dei sensori necessari:

• Diagrammi ad albero

• FMEA

• Interventi manutentivi obbligatori

• FTA – provenienti dalle statistiche




Si riporta come esempio la FMEA relativa al vano. Si è scelto di redigere una FMEA soprattutto

per identificare i modi di rilevazione dei guasti, al fine di assumere una maggiore consapevolezza

sulla sensoristica da scegliere e sulla percentuale di guasti che il sistema potesse essere in grado di

predire.



Interventi manutentivi ad obbligo semestrale secondo normativa per ascensori elettrici



Analisi dei dati statistici sui guasti - Pareto Fonte dati: C.A. Broker S.r.l.


Guasti più frequenti


Fault Tree Analysis

Mancato livellamento elettrici

Mancato livellamento idraulici

Guasto porte di piano e/o cabina

Movimento incontrollato cabina



Dati i parametri critici da

misurare, seguono i sensori

necessari:

• Accelerometro

• Giroscopio

• Microfono

• Sensore Hall

• Encoder incrementale

• Encoder assoluto

• Cella di carico

Unità centrale:

Raspberry Pi 3 B+

G.DABGrAMS data acquisition box

Copertura:

>80% dei guasti

GrAMS 2020: software


I moduli che costituiscono il

software del progetto, sono stati

designati per adempiere ai

seguenti compiti:

• Acquisizione dati

• Trasmissione dati

• Analisi ed elaborazione dati

• Interfaccia utente

Sensori Acquisizione

Archiviazione

e

Trasimissione Analisi

ed

Elaborazione

Interfaccia

Utente

Fase di sperimentazione



Analisi dei dati:

• Pre-processing & mining

• Algorythm coding

• Training and testing

Dati provenienti dai

sensori

Dati di funzionamento

Vibrazioni Segnale di salita / discesa

Rumore Segnale di movimento della

cabina

Corrente Segnale di apertura / chiusura

porte

Velocità angolare encoder

relativo

Segnale di guasto

Posizione cabina dall’encoder

assoluto

Peso in cabina

Correlando i profili provenienti

dai sensori ai dati di

funzionamento, si evitano falsi

allarmi generati da anomalie non

relative a danni dell’impianto



Attraverso l’interfaccia grafica, si potranno monitorare:

Predizioni degli impianti

Storico interventi

Archivio dati acquisiti dai sensori

GrAMS 2020: prototpazione


Tabella dei componenti

acquistati tramite portale

acquistareinretepa

Accelerometro e giroscopio

Sensore di temperatura ed

umidità

Microfono USB

CPU Raspberry

GrAMS 2020: prototipazione


Preventivo

CHEAP !!!

20/03/2020GrAMS 2020 Pagina 17

Blockchain: definizione

Blockchain è una piattaforma di scambio

dati basata sul protocollo p2p

Grazie alla decentralizzazione, risulta essere

più affidabile, trasparente e sicura

Un’anomalia in un nodo non intacca la

stabilità della rete

Le metodologie di validazione delle

transazioni garantiscono resilienza agli

attacchi informatici, dunque più sicurezza

L’ immutabilità del ledger e la tracciabilità

delle transazioni sono garantite dall’utilizzo

della crittografia

Unicità, dunque proprietà di un asset

20/03/2020GrAMS 2020 Pagina 18

Blockchain: pubblica vs privata

PUBBLICA PRIVATA

ACCESSO Accesso al database libero –

chiunque può entrare a far parte

della rete

Limitato

LATENZA Alta Bassa

SICUREZZA Validazione mediante PoW o PoS Validatori precedentemente approvati,

designati come tali

IDENTITA’ DEI NODI Anonima Nota

ASSET Unico, nativo Qualsiasi tipologia di dato

DECENTRALIZZAZIONE Totale Parziale

( meglio nella privata consorziale )

IMMUTABILITA’ DEL

LEDGER

Si Si

SCALABILITA’ Mediocre Ottima

CONSUMO ENERGETICO Alto Basso

Alla luce dei fatti si sceglie di implementare una rete privata consorziale

27/03/2020GrAMS 2020 Pagina 19

Blockchain: vantaggi e svantaggi rispetto ad un

database classico

VANTAGGI SVANTAGGI

Sicurezza: più resilienza ad attacchi informatici Di difficile realizzazione: pochi esperti del settore

Scalabilità: grazie alla decentralizzazione ed alla

distribuzione, il carico di richieste viene distribuito sui nodi

Tecnologia di recente applicazione

Solidità: grazie alla decentralizzazione, la rete continua a

funzionare anche se un nodo va in down

Regolamentazione legale ancora in miglioramento

Velocità di trasferimento: la capacità di banda è più alta

rispetto a quella che può essere fornita da un singolo server

Privacy: i dati possono circolare esclusivamente nella rete,

che essendo distribuita non ha una parte terza su cui dover

far affidamento.

Tracciabilità: garantisce che la predizione sia inviata alla

giusta azienda di manutenzione

Blockchain: allineata alle tendenze economiche

20/03/2020GrAMS 2020 Pagina 20

Deflazione: prezzi in

diminuzione

• Abbassamento

retta dei ricavi

• Spostamento

break-even point

• Aumento area

‘Loss’

Con la blockchain si asseconda la tendenza del mercato e si incentiva alla condivisione

dei servizi.

La produzione di beni a costo marginale nullo dunque ben si presta alla situazione

economica odierna

20/03/2020GrAMS 2020 Pagina 21

Blockchain: applicazione al GrAMS 2020

ASSET INVIA RICEVE

RAW DATA G.DAB (IoT node) Provider

AI RESULTS Provider Azienda

manutenzione

FIRMWARE

UPDATES

Provider G.DAB (IoT node)

CALIBRATION

CHECK

G.DAB (IoT node) G.DAB (IoT node)

Progettazione della rete:

• Struttura

• Flusso di dati

G.DAB

Azienda di manutenzione

Service provider

Blockchain: applicazione al GrAMS 2020

20/03/2020GrAMS 2020 Pagina 22

Blockchain as a Service: Amazon Managed Blockchain

• Spazio di archiviazione fornito a seconda

del pacchetto acquistato

• Tecnici competenti per l’implementazione

• Personale per la crittografia

• Gestione e manutenzione della rete

• AWS Key management service: ‘cassaforte’

per i certificati di rete

Blockchain: costi

20/03/2020GrAMS 2020 Pagina 23

Membership: 2x starter

edition members –

1.20$/h

Peer nodes: bc.t3 small

9x – 0.61 $/h

Peer node storage: 20GB

per node – 0.05 $/h

Data written: 0.02 $/h

Esempi di preventivo Preventivo ipotizzato

Totale/h: 1.68 $/h

Impianto in movimento:

12 h/gg * 30 gg/mese = 360 h/mese

~ 700 $/mese


Business model

PRODUZIONE PER LA

COMMERCIALIZZAZIONE

SPERIMENTAZONE E

TEST SUI LORO IMPIANTI

Epilogo


Analisi dell’impianto dal punto di vista:

• Meccanico

• Legislativo

• Statitico

Progettazione del sistema:

• Hardware

• Software

Innovazione nella gestione dati:

• Cyber security

• Privacy

• Affidabilità

• + SICUREZZA

• - FERMI

• - INTERVENTI

• + GESTIONE

Ringraziamenti


Un sentito ringraziamento alla commissione per l’attenzione;

Un altrettanto grande “grazie” al mio relatore, per la sua

disponibilità e per il supporto datomi in questi mesi;

“Grazie” anche ai miei colleghi Cristian Genito ed Alessandro

D’Angelo, per aver reso questo lavoro ancor più interessante;

Ma soprattutto ringrazio l’ università La Sapienza, per la sua

resilienza in situazioni difficili come quella che stiamo

vivendo in questi giorni !

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