Towards quantification of condition monitoring benefit for wind turbine generators

Condition monitoring systems are increasingly installed in wind turbine generators with the goal of providing component-specific information to the wind farm operator and hence increase equipment availability through maintenance and operating actions based on this information. In some cases, however, the economic benefits of such systems are unclear. A quantitative measure of these benefits may therefore be of value to utilities and O&M groups involved in planning and operating wind farm installations. The development of a probabilistic model based on discrete-time Markov Chain solved via Monte Carlo methods to meet these requirements is illustrated. Potential value is demonstrated through case study simulations

Petri-Net Simulation Model of a Nuclear Component Degradation Process

International audienceMulti physical state modeling (MPSM) is a novel approach being investigated for estimating the reliability of components and systems in the context of probabilistic risk assessment (PRA). The approach integrates multi-state modeling, which describes the degradation process by transitions among discrete states (e.g. initial, micro-crack, rupture, etc) and physical modeling by (physical) equations that govern the degradation process. In practice, the degradation process is non-Markovian and its transition rates are time-dependent and influenced by external factors such as temperature and stress. Under these conditions, it is in general difficult to derive the state probabilities analytically. On the contrary, Petri nets provide a flexible modeling framework for describing degradation processes with arbitrary transition rates. In this paper, we build a Petri net in support of Monte Carlo simulation of the stochastic aging behavior of a nuclear component undergoing stress corrosion cracking. The results are compared with analytical results derived in a previous work of literature

Condition-based maintenance of multi-component systems with degradation state-rate interactions

This paper presents an approach to optimise condition-based maintenance (CBM) of multi-component systems where the state of certain components could affect the rate of degradation of other components, i.e., state-rate degradation interactions. We present a real example of an industrial cold box in a petrochemical plant, where data collected on fouling of its tubes show that the extent of fouling of one tube affects the rate of fouling of other tubes due to overloading. A regression model is used to characterise the state-rate degradation interactions for this example. Further, we optimise the condition-based maintenance policy for this system using simulated annealing. The outcomes of the case study demonstrate that modelling degradation interactions between components in the system can have significant positive impact on CBM policy of the system. The paper therefore tackles a problem that has not been addressed in the literature, paving way for further developments in this important area of research with practical applications.This is the author accepted manuscript. The final version is available from Elsevier via http://dx.doi.org/10.1016/j.ress.2015.11.01

Optimization of maintenances following proof tests for the final element of a safety-instrumented system

2019 The Authors Safety-instrumented systems (SISs) have been widely installed to prevent accidental events and mitigate their consequences. Mechanical final elements of SISs often become vulnerable with time due to degradations, but the particulars in SIS operations and assessment impede the adaption of state-of-art research results on maintenances into this domain. This paper models the degradation of SIS final element as a stochastic process. Based on the observed information during a proof test, it is essential to determine an optimal maintenance strategy by choosing a preventive maintenance (PM) or corrective maintenance (CM), as well deciding what degree of mitigation of degradation is enough in case of a PM. When the reasonable initiation situation of a PM and the optimal maintenance degree are identified, lifetime cost of the final element can be minimized while keeping satisfying the integrity level requirement for the SIS. A numerical example is introduced to illustrate how the presenting methods are used to examine the effects of maintenance strategies on cost and the average probability of failure on demands (PFDavg) of a SIS. Intervals of the upcoming tests thus can be updated to provide maintenance crews with more clues on cost-effective tests without weakening safety

Applications of simulation in maintenance research

The area of asset maintenance is becoming increasingly important as greater asset availability is demanded. This is evident in increasingly automated and more tightly integrated production systems as well as in service contracts where the provider is contracted to provide high levels of availability. Simulation techniques are able to model complex systems such as those involving maintenance and can be used to aid performance improvement. This paper examines engineering maintenance simulation research and applications in order to identify apparent research gaps. A systematic literature review was conducted in order to identify the gaps in maintenance systems simulation literature. Simulation has been applied to model different maintenance sub-systems (asset utilisation, asset failure, scheduling, staffing, inventory, etc.) but these are typically addressed in isolation and overall maintenance system behaviour is poorly addressed, especially outside of the manufacturing systems discipline. Assessing the effect of Condition Based Maintenance (CBM) on complex maintenance operations using Discrete Event Simulation (DES) is absent. This paper categorises the application of simulation in maintenance into eight categories

Modelo multiobjetivo para la selección de estrategias óptimas de mantenimiento en sistemas multicomponentes: una aplicación en líneas de transmisión de energía eléctrica

A multi-objective model is proposed for defining optimal maintenance strategies, in systems composed of several interconnected elements. The optimal maintenance strategies derived correspond to a set of efficient actions, focused on maximizing the reliability of the system, and minimizing the associated costs. Optimization is carried out by using evolutionary algorithms type NSGA-II. For the evaluation of the system reliability, a procedure based on Monte Carlo simulation is used, which allows analyzing systems with different performance functions and for component configurations different from the classical ones (series, parallel, k-out-of-N). The proposal is applied to assess electrical power system components, specifically the insulator chains of the transmission lines. Several scenarios illustrate the proposed model. The strategies selected by the model prioritize the most important elements based on costs and/or maintenance. These strategies make up an approximate Pareto front, in which the decision-maker can choose the most suitable strategy according to their interests.En este artículo se formula un modelo multiobjetivo para seleccionar estrategias de mantenimiento óptimas en sistemas formados por varios elementos interconectados. Las aquí planteadas corresponden al conjunto de acciones eficientes, centradas en maximizar la confiabilidad del sistema y, a su vez, minimizar los costos asociados. La optimización se realiza mediante el uso de algoritmos evolutivos tipo NSGA-II. Para evaluar la confiabilidad del sistema se utiliza un procedimiento basado en simulación de Monte Carlo, que permite analizar sistemas con distintas funciones de desempeño y para configuraciones de componentes diferentes a las clásicas (serie, paralelo, k-out-of-N). La propuesta se analiza para los componentes de un sistema eléctrico de potencia, específicamente las cadenas de aisladores de las líneas de transmisión, y varios escenarios de cálculo. Las estrategias seleccionadas por el modelo priorizan los elementos más importantes, según costo o mantenimiento, y conforman un frente de Pareto aproximado donde el decisor puede seleccionar la más adecuada, de acuerdo con sus intereses

Application of Monte Carlo techniques with delay-time analysis to assess maintenance and inspection policies for marine systems

This paper presents a methodology applying Monte Carlo methods with delay-time analysis to test the effects of scheduled maintenance and inspection actions on factors affecting the operational efficiency of a marine system which is subject to degradation. The aim is to demonstrate how a Monte Carlo model incorporated into delay time analysis can be used to predict the transition behaviour of a system under analysis. The model presented in this paper focuses on the effects on system failure probability and downtime of various maintenance and inspection policies. The impact on spare part requirements is also investigated

Simulation modelling of repairable multi-component deteriorating systems for 'on condition' maintenance optimisation

none4J. BARATA; C.G. SOARES; M. MARSEGUERRA; E. ZIOJ., Barata; C. G., Soares; Marseguerra, Marzio; Zio, Enric

Acompanhamento e análise da degradação em componentes mecânicos

A inovação e o desenvolvimento tecnológico obrigam os fabricantes a uma intensa competição global, face a uma redução no ciclo de desenvolvimento dos produtos e a rigorosos constrangimentos de custos, ao mesmo tempo que enfrentam consumidores mais exigentes, que procuram produtos de Qualidade. A Fiabilidade do bem é um aspecto marcante dessa Qualidade. Tradicionalmente o acesso a essa fiabilidade é baseado em testes de vida, normalmente acelerados. Todavia, para produtos altamente fiáveis, pouca informação a respeito da sua fiabilidade é fornecida por via dos testes de vida, nos quais poucas ou nenhumas falhas são observadas. Perante este cenário, a análise de degradação surge como uma técnica alternativa atractiva aos clássicos métodos de estudo da fiabilidade, apresentando como grande vantagem o facto de não ser necessário que nenhuma falha ocorra para se obter informação sobre a fiabilidade do bem, beneficiando ainda de uma redução no tempo de duração dos testes. Este trabalho começa por abordar os fundamentos da teoria da fiabilidade, e sua aplicação ao ciclo de vida dos componentes, fazendo alusão aos modelos de fiabilidade, ou distribuições de vida que mais usualmente se ajustam as várias fases de vida de um bem, nomeadamente a distribuição Exponencial, Normal e com particular destaque à versátil distribuição de Weibull. De seguida é feita a abordagem à análise de degradação dos componentes como uma técnica útil para estimar a fiabilidade de um bem, e neste contexto é feita a abordagem de uma metodologia de análise da degradação com base na monitorização da condição dos componentes. Quando um bem está sujeito a um processo de degradação, onde se pode fixar um valor limite para a característica que está a ser medida, pode-se recolher uma série de dados relativos ao processo em causa, servindo estes para ajustar um modelo matemático de degradação, que por extrapolação da curva de degradação permitem estimar o tempo até à falha, e por consequência o tempo de vida útil restante.O trabalho enquadra ainda a análise da degradação dos componentes numa perspectiva de apoio à estratégia de manutenção, no domínio da manutenção condicionada, e em particular no quadro da manutenção preditiva, tendo por objectivo fazer a optimização do programa de manutenção a aplicar, de forma a minimizar os custos globais da função manutenção. Nesta vertente são também considerados os intervalos P-F para monitorizar a evolução do estado de falha, em que é necessário definir o valor do parâmetro analisado para o qual se considere o início do processo de falha e o correspondente valor de falha efectiva. É apresentado um estudo prático com a colaboração duma prestigiada empresa de comercialização e distribuição de veículos pesados, focalizado num modelo de camião específico comercializado por essa marca. O estudo está direccionado para o sistema de travagem do veículo, mais concretamente a um dos seus componentes mecânicos, as pastilhas de travão. Este componente tem associado o mecanismo de degradação conhecido por desgaste. A medição do parâmetro de desgaste será feita por meio da técnica de simulação de valores, tendo no entanto em consideração, uma base de dados restrita de valores reais. O estudo de fiabilidade deste componente tem por objectivo fundamental estimar o tempo de Vida Útil Restante (“Residual Useful Life, RUL”) para as pastilhas, ou seja, até que se atinja o valor limite admissível (considerado como falha). Para os cálculos foi utilizado o programa informático denominado Weibull ++7. O caso de estudo permitiu determinar para situações particulares a relação entre o desgaste e a distância percorrida, estimando-se desta forma a vida restante (em distância), até ao momento em que o componente atinge o limite de desgaste considerado admissível. O grande potencial de estudo futuro passa pela elaboração de um modelo (com base em dados reais de exploração), que contemple os principais factores de influência, e que duma forma expedita permita a gestores de frota, fabricantes ou responsáveis da marca fazer a análise da fiabilidade do componente, tendo em conta uma situação específica de exploração. O conhecimento da fiabilidade das pastilhas pode levar à optimização da exploração do veiculo, por meio de um planeamento estratégico da sua manutenção,nomeadamente ao nível do aprovisionamento, na programação das intervenções, e em particular quanto à vida útil restante para as pastilhas