Ricerca e Sviluppo

L’obiettivo del progetto SYENMAINT, è predisporre, mediante le seguenti attività svolte:

1. Analisi di Fattibilità Economico-Finanziaria
2. Analisi di Fattibilità Tecnica
3. Definizione Architettura Funzionale e di Sistema
4. Specificazione Requisiti
5. Implementazione Prototipo preliminare
6. Esecuzione test funzionali

l’industrializzazione e la commercializzazione del sistema proprietario “SYENMAINT® PLATFORM”, da utilizzare per una gestione predittiva della manutenzione degli asset produttivi, basata sulla programmazione dinamica degli interventi, per ridurre i costi operativi, migliorare la qualità e la sicurezza, grazie al monitoraggio costante e automatizzato.

Sulle base delle attività svolte nell’ambito del Progetto SYENMAINT, e sulla base di tutti i deliverable di progetto che sono stati prodotti, è stato anche sviluppato, internamente all’azienda e in forma prototipale, il prodotto SYENMAINT Platform. Tale soluzione che in forma preliminare implementa quanto già previsto dalla documentazione tecnica di progetto, che è stata elaborata e prodotta, all’interno della quale sono state elaborate le scelte tecnologiche da poter utilizzare, rispetto allo stato dell’arte tecnologico analizzato.

Contributo SYENMAINT. La SYENMAINT®, in quanto startup innovativa, ha apportato, nell’ambito del progetto SIADiagCarrelli, tutta l’esperienza dei propri fondatori e collaboratori, nell’ambito della progettazione di sistemi innovativi di monitoraggio, diagnostica e manutenzione e tutte le proprie competenze nell’ambito della diagnostica ferroviaria, dalla sensoristica intelligente agli algoritmi fw/sw di correlazione tra grandezze fisiche monitorate e anomalie da rilevare anche mediante le spiccate capacità di progettazione, sviluppo e integrazione elettrica, elettronica e meccanica. SYENMAINT® si è pregiata di assolvere al ruolo di coordinatore scientifico del progetto. In dettaglio, SYENMANT® si è occupata dell’acquisizione e della sincronizzazione delle informazioni provenienti dai diversi sensori che effettuano tutto il monitoraggio (anche strutturale in maniera indiretta) utile, della definizione e sviluppo degli algoritmi di elaborazione delle informazioni al fine di correlare i dati acquisiti alle condizioni di anomalia strutturale dei carrelli, delle ammortizzazioni, in particolare quella primaria e quella secondaria ad aria, e degli altri accoppiamenti carrello-rotaia e cassa-carrello. Inoltre, ha curato l’implementazione della logica/politica di gestione delle informazioni e della loro trasmissione verso una unità centrale a bordo carrello, dove poter archiviare/visualizzare/analizzare, mediante User interfacce, tutte le informazioni acquisite, i dati più significativi raccolti per la gestione delle anomalie e dei corrispondenti interventi manutentivi, correlati alle anomalie intercettate. SYENMAINT® ha inoltre effettuato la progettazione elettrica e meccanica e seguito l’installazione e l’integrazione fisica dei sensori e del sistema di monitoraggio e di diagnostica della dinamica di veicolo. Ha poi svolto tutta l’attività di gestione dei test di laboratorio pre e post installazione, tutte le attività connesse al collaudo del sistema di misura e della sua certificazione.

Contributo Dipartimento di Ingegneria Industriale dell’Università degli Studi di Napoli “Federico II”. L’idea innovativa (oggetto di brevetto) su cui è incentrato il progetto SIADiagCarrelli consiste in una molla ad aria (denominata anche molla ad aria/molla pneumatica) che integra al proprio interno un sistema di recupero energetico. Attraverso tale sistema è possibile alimentare una sensoristica disposta a bordo carrello, funzionale per gli scopi di monitoraggio e diagnostica, senza ricorrere ai consueti cablaggi di bordo, onerosi dal punto di vista dell’installazione e della manutenzione. In tal modo il sistema carrello diviene energeticamente autonomo e indipendente dai sistemi circostanti. Il prototipo realizzato nell’ambito del progetto SIADiagCarrelli ha visto l’unità del Dipartimento di Ingegneria Industriale dell’Università degli Studi di Napoli “Federico II” (DII-UNINA) parte attiva nella progettazione e nello sviluppo dei prototipi di sospensione ad aria con sistema di recupero energetico. L’unità DII-UNINA ha svolto, inoltre, la progettazione e lo sviluppo del sistema di accumulo di energia, necessario ad alimentare la rete di sensori per il monitoraggio e la diagnostica del carrello. Con particolare riferimento alla diagnostica del carrello, l’unità DII-UNINA ha contribuito allo sviluppo di un sistema di autodiagnostica della molla ad aria e del sistema di accumulo.

Contributo CNR-ISASI (già IMM). Lo scopo del progetto SIADiagCarrelli è quello di sviluppare un sistema di diagnostica dei carrelli ferroviari basato su sensori in grado di rilevare le grandezze fisiche come accelerazione, vibrazioni etc. L’energia elettrica necessaria per il funzionamento di tali sensori è garantita mediante lo sviluppo di sistemi innovativi in grado di recuperare energia dalla dinamica vibrazionale dei carrelli stessi. In questo ambito l’attività della sezione di Napoli dell’ISASI (già IMM) è focalizzata sullo studio e la scelta sensori fisici adatti alla misura delle grandezze fisiche in esame e alla definizione delle configurazioni più adeguate all’integrazione dei sensori stessi nel sistema di misura e di generazione di energia elettrica. Tale attività, in una fase preliminare, ha richiesto un’attenta valutazione dello stato dell’arte mirando ad identificare le tipologie di componenti hardware per la sensorizzazione (accelerometria, inclinometria, giroscopia, inerziale, estensimetria) del carrello ferroviario nella modalità più adeguata al fine di soddisfare i requisiti funzionali di progetto richiesti. In particolare, l’analisi è stata rivolta alle misure delle accelerazioni lungo i tre assi (longitudinale, laterale e verticale) e della velocità di imbardata. Per le varie misure da effettuare sono stati definiti i parametri fondamentali e le principali specifiche da rispettare per l’utilizzo in ambito ferroviario. In particolare, sono stati individuati come fondamentali i seguenti parametri: Fondo scala, Risposta in frequenza, Sensibilità, Intervallo di temperature, Resistenza agli shock, Consumo di energia elettrica. I principi fisici delle principali tipologie di sensori disponibili sono stati valutati, confrontandone le prestazioni. Ed è stata prevista l’eventuale implementazione e progettazione di una piattaforma di comunicazione, necessaria all’integrazione dei vari sensori con lo scopo di ottenere un flusso di dati omogeneo da poter facilmente essere interpretato e/o trasmesso. Per minimizzare il numero di interconnessioni da effettuare con la board esterna per il trasferimento dati, è stata scelta una connessione bifilare basata un protocollo seriale di tipo I2C. In particolare, sono presenti le seguenti due linee seriali di comunicazione: SDA (Serial DAta) per i dati; SCL (Serial CLock) per il clock. Tutta la circuiteria è stata sviluppata e programmata per ridurre al minimo il consumo di potenza e quindi rendere autosufficiente il sistema con l’energia prodotta dal sistema di Energy Harvesting. Proprio relativo a questa ultima parte dell’attività si è resa necessaria un’approfondita analisi e configurazione della logica di controllo del sistema di sensori. Tale attività ha permesso di trovare il bilanciamento ottimale tra consumo energetico e prestazioni dinamiche del sistema; inoltre è stata considerata la più ampia flessibilità possibile nella configurazione in modo da potersi adattare, entro certi limiti, ai parametri di funzionamento richiesti. Sono state provate e sviluppate, infatti, diverse configurazioni in funzione delle prestazioni e sono stati misurati gli assorbimenti elettrici relativi. Il prototipo di sistema così sviluppato presenta un assorbimento massimi al di sotto dei 30mW con frequenza di operazione di circa 250Hz, ossia valori pienamente compatibili con le potenze generate dal sistema di energy harvesting e l’osservazione della dinamica di carrello.

Contributo Monticelli Group. Attività di simulazione dinamica di marcia carrello ferroviario. Il progetto SIADiagCarrelli prevede l’installazione, su di un carrello ferroviario, di elementi piezoelettrici all’interno delle molle ad aria (torpress) e di sensori auto alimentati che hanno l’obiettivo di acquisire dati e tener conto della dinamica di marcia del veicolo ferroviario. Per Dinamica di Marcia si intende l’insieme dei parametri di acquisizione che rappresentano: l’effetto della risposta del sistema veicolo alle sollecitazioni impresse, durante la corsa, dal binario accelerazioni in boccola, carrello e cassa; Il comfort di marcia, associato a vibrazioni meccaniche derivate da irregolarità del binario, funzioni dell’Indice di Sperling e del Valore delle accelerazioni verticali e trasversali. Nello specifico la MONTICELLI GROUP ha realizzato apparecchiature per riprodurre: moto di beccheggio e rollio, carico della cassa sul carrello, rotazione della sala montata. Tali apparecchiature sono state utilizzate al fine di validare/ verificare il corretto funzionamento dei sensori installati sui carrelli. La prova di simulazione cassa carrello viene eseguita attraverso una pressa, la quale permette di applicare il carico desiderato sulle molle ad aria, per poi valutarne lo stato attraverso un banco di prova pneumatico. Le prove di rollio e beccheggio vengono eseguite sottoponendo il carrello ad uno sforzo attraverso dei cilindri oleodinamici posizionati in asse con le sospensioni primarie al fine di ottenere le inclinazioni desiderate. La prova di rotazione è stata eseguita attraverso l’ausilio di motori elettrici accoppiati con organi di interfaccia agli assili del carrello al fine di ottenere una trasmissione regolare del moto. Progettazione albero di trasmissione: L’acquisizione dei dati di marcia è stata effettuata anche con l’allestimento di 100mt di binario dove porte lanciare il carrello prototipo sensorizzato. Al fine di posizionare il carrello sui binari si ricorrerà all’ausilio di una giostra, questa consente di far ruotare una porzione dei binari. Quando il carrello è posizionato su di essa, questa ruota di 90° tornando in asse con i binari, consentendo poi al carello di muoversi su di essi. Difettologie. Nell’ambito del progetto SIADiag la Monticelli Group, attraverso il suo know how aziendale, ha analizzato tutti gli interventi manutentivi svolti, sia di manutenzione ciclica che di manutenzione correttiva, per estrarre una valutazione delle difettologie riscontrate. Il campo di indagine riveste tutti gli interventi manutentivi svolti negli ultimi 5 anni di attività, attraverso eventi derivati da esperienza, calcoli e banche dati degli ultimi cinque anni di attività manutentive svolte definendo le percentuali dei difetti rilevati sui componenti dei rotabili causati dalla dinamica di marcia del veicolo ferroviario e/o da errori di fabbricazione/invecchiamento degli stessi. In riferimento alla manutenzione ciclica e correttiva dell‘organo di sicurezza “CARRELLO “, per motivi strettamente legati alla dinamica di marcia del veicolo ferroviario, le operazioni da tenere sotto osservazione sono le seguenti: Individuati i processi coinvolti e le difettologie riscontrate sul componente “carrello”, sono state stilate delle tabelle e dei grafici in riferimento alle due classi di veicoli di nostra competenza, dove si riscontra una percentuali maggiore di difettologia manutentiva generata dalla dinamica di marcia per i veicoli con velocità inferiore ai 200 km/h rispetto ai veicoli con velocità superiore o uguale ai 200 km/h, differenza probabilmente causata dalla differente concezione della rete ferroviaria dedicata all’AV. Si può osservare che i principali problemi legati alla dinamica di marcia (tracciato dei binari, ostacoli naturali, velocità dei carrelli) si riscontrano per carrelli che viaggiano a bassa velocità, invece, le problematiche derivanti da difetti di fabbricazione ma soprattutto per invecchiamento dei componenti si rilevano per carrelli dell’alta velocità. Questa differenza, anche se minima, è probabilmente dovuta alla diversa concezione delle due linee AV e BV.