Korzyści środowiskowe zintegrowanego zarządzania stanem pojazdu (IVHM)

Obserwujemy rosnący nacisk i inwestycje ze strony przemysłu i rządów na całym świecie w celu przyspieszenia wyników w zakresie zrównoważonego rozwoju poprzez inwestycje w technologię. Jest to spowodowane imperatywami konkurencyjności rynkowej oraz stałym i nieubłaganym wzrostem ogólnej wydajności samolotów. Wielu producentów OEM buduje samoloty napędzane wyłącznie energią elektryczną i wodorowymi ogniwami paliwowymi, koncentrując się na rynku 50 lub mniej pasażerów. W rzeczywistości Boeing rozpoczął certyfikację samolotu elektrycznego poprzez wspólne przedsięwzięcie Wisk. I chociaż te pierwsze elektryczne samoloty w tej dekadzie będą przewozić tylko kilku pasażerów, główny inżynier ds. Zrównoważonego rozwoju w Boeingu, Brian Yutko, stwierdził, że z czasem liczba pasażerów i ich zasięg będą rosły dzięki ulepszeniom akumulatorów i silników, tak jak to widzimy w przemysł motoryzacyjny. Korzyści płynące z tego gwałtownego wzrostu inwestycji i zmiany są oczywiste: niższe koszty eksploatacji i utrzymania dzięki prostszym systemom oraz brak emisji.

Widzieliśmy, że działania związane z lotnictwem cyfrowym niosą ze sobą znaczne korzyści pod względem zrównoważonego rozwoju w przemyśle lotniczym (odniesienie „Zrównoważone samoloty przez pryzmat lotnictwa cyfrowego - jakie są kluczowe dźwignie?” Johna Maggiore’a z 23 kwietnia 2021 r.). Krótko mówiąc, proaktywne zarządzanie danymi statków powietrznych może i przynosi wymierne korzyści ekonomiczne i operacyjne, zarówno pod względem ogólnej wydajności operacyjnej, jak i ograniczenia przerw w operacjach. Tradycyjnie postrzega się je jako korzyści „ekonomiczne” i regularnie wykorzystuje się je w celu uzasadnienia inwestycji w technologię zarówno na pokładzie statku powietrznego, jak i na ziemi, a także w zakresie transmisji danych i zarządzania nimi. Jest to także główny impuls do rozwijającego się ekosystemu powiązanych usług, dzięki któremu można wykorzystać szansę. W obszarze „zrównoważonego rozwoju” (np. konserwacja, MRO) istnieją wyraźne przykłady efektywności operacyjnej, które IVHM może osiągnąć. Ponadto istnieją korzyści w zakresie zrównoważonego rozwoju, które wynikają z tych działań. W tym miejscu możemy nazwać te korzyści i działania, które je napędzają, jako „Zrównoważone zrównoważenie”.

Zrównoważony rozwój to celowe wykorzystanie technologii w celu zapewnienia wymiernych korzyści ekonomicznych i zrównoważonego rozwoju w dziedzinie operacji lotniczych i kosmicznych

IVHM i zrównoważony rozwój

IVHM jest bardzo dobrze zdefiniowane przez Centrum IVHM Uniwersytetu Cranfield:

„IVHM obejmuje szeroką gamę technologii zarówno w ramach tradycyjnej domeny lotnictwa cyfrowego, jak i poza nią. IVHM to ujednolicona zdolność systemów do oceny aktualnego lub przyszłego stanu kondycji systemu członkowskiego i zintegrowania tego obrazu kondycji systemu w ramach dostępnych zasobów i zapotrzebowania operacyjnego. Jest to bardzo szerokie możliwości obejmujące przypadki biznesowe i modele; ustawodawstwo, certyfikacja i normy; architektura i projektowanie; a także algorytmy do prognozowania, diagnostyki i wnioskowania.”

Krótko mówiąc, IVHM jest kluczowym obszarem domeny „lotnictwa cyfrowego”.

Możemy skategoryzować korzyści w zakresie zrównoważonego rozwoju, które wynikają z IVHM, jako bezpośrednie i pośrednie oraz namacalne i niematerialne. Korzyści niematerialne często koncentrują się na postrzeganiu pracowników i rynku oraz wizerunku marki. Są bardzo realne, ale trudne do oszacowania. Tutaj skupiamy się na wymiernych korzyściach. Bezpośrednie korzyści mogą obejmować redukcję materiałów i odpadów, mniejsze zużycie energii, zmniejszony hałas, zwiększoną bioróżnorodność i oczywiście niższe emisje CO₂ i inne zanieczyszczenia wzbudzające obawy. Korzyści pośrednie obejmują wydajność pracy, jakość życia ludzi, bezpieczeństwo oraz wykorzystanie i konsumpcję materiałów.

Ze swej natury zwiększona wydajność wspiera zrównoważony rozwój, zarówno bezpośrednio, jak i pośrednio.

Wybrane przykłady zrównoważonego rozwoju za pośrednictwem IVHM

Klasyczny przypadek użycia IVHM polega na proaktywnym i zdalnym zrozumieniu bieżącej i przyszłej przydatności pojazdu. Często nazywamy to „konserwacją predykcyjną”, „konserwacją uzależnioną od warunków” lub „zarządzaniem stanem technicznym statku powietrznego”. Kiedy możemy, poprzez analizę, przewidzieć oczekującą awarię sprzętu, możemy oczywiście czerpać korzyści ekonomiczne z rozwiązania problemu w zaplanowany sposób i uniknąć prawdopodobieństwa i wpływu przerwania harmonogramu, ale możemy również zapewnić materialne bezpośrednie korzyści w zakresie zrównoważonego rozwoju. W wielu przypadkach eksploatacja z uszkodzonym systemem, choć bezpieczna i zatwierdzona, może znacznie ograniczyć operacje pod względem wysokości lub zasięgu. Skutkuje to mniejszym stopniem swobody w korzystaniu z pojazdu i zmniejsza prawdopodobieństwo realizacji misji lub harmonogramu. W przypadkach, gdy sprzęt jest częścią systemu kontroli środowiska, takiego jak zawór, bardzo znaczna kara za bezpośrednie spalanie paliwa (do 4%) i dodatkowy wynikowy CO₂ można uniknąć emisji. Oczywiście z tego wynikają korzyści pośrednie, takie jak zmniejszone zapotrzebowanie na zapasy, koszty wysyłki części i bardziej efektywne wykorzystanie siły roboczej.

Inne korzyści zrównoważonego rozwoju poprzez IVHM mogą być mniej oczywiste, ale stanowią znaczący ślad zrównoważonego rozwoju. Oto kilka ilustrujących przykładów:

• Dane podczas lotu: monitorując dane z lotu, możemy pomóc pilotom osiągnąć cele w zakresie wydajności i zapewnić zgodność z polityką zrównoważonego rozwoju firmy.
  • Wynik: Niższe emisje (od Niższe zużycie paliwa)

• Operacje naziemne: poprzez monitorowanie i optymalizację operacji naziemnych za pomocą nowych czujników możemy zapewnić maksymalizację wydajności operacyjnej oraz zmniejszenie lokalnego zanieczyszczenia powietrza i hałasu
  • Wynik: Niższe zużycie energii, mniejsze zanieczyszczenie, niższy poziom hałasu i lepsza bioróżnorodność

• Ruch lotniczy i naziemny na lotnisku: stosując zaawansowaną analitykę i modelowanie ruchu lotniczego i naziemnego na lotnisku, możemy usprawnić przepływ ruchu lotniczego, zredukować zmarnowany czas lotu po przylocie, skrócić czas kołowania i wpływ lekcji na środowisko.
  • Wynik: Niższe emisje (od Niższe zużycie paliwa), mniejsze zanieczyszczenie, niższy poziom hałasu, zwiększona bioróżnorodność

• Optymalizacja trasy: analizując dane samolotu, możemy zrozumieć charakterystykę efektywności paliwowej poszczególnych samolotów i ich osiągi na różnych trasach. Dzięki temu zrozumieniu możemy zoptymalizować wykorzystanie samolotu na trasie, przewozić optymalną ilość paliwa i zidentyfikować degradację (spowodowaną lodem, piaskiem, popiołem wulkanicznym itp.) samolotu i podjąć szybkie działania w celu naprawienia (np. powierzchni sterowej przycinać).
  • Wynik: Niższe emisje (od mniejszego zużycia paliwa), Zmniejszone zużycie/odpady energii i materiałów (z mniejszej liczby MRO w całym cyklu życia)
• Cyfrowo ulepszone MRO: poprzez umożliwienie nowych metod kontroli, które są bardziej autonomiczne, możemy poprawić wydajność (zwiększając dokładność kontroli), jednocześnie zmniejszając zużycie siły roboczej i energii, co z kolei zmniejsza niepotrzebne odpady związane z usuwaniem i wynikający z tego wysiłek. Ponadto, wdrażając analizy i proces rozwiązywania problemów z samolotami, możemy zmniejszyć liczbę czynności konserwacyjnych i usuwania usterek „nie znaleziono usterek”. „Jednostki nieuczciwe” można również zidentyfikować i rozwiązać za pomocą procedury lub złomu.
  • Wynik: Niższe zużycie energii, mniejsze zużycie/marnotrawstwo energii i materiałów

• Aplikacja w całym cyklu życia: Stosując zaawansowaną analizę i modelowanie na poziomie materiałów, komponentów, podzespołów lub aktywów w całym cyklu życia, możemy zoptymalizować zaopatrzenie, produkcję, eksploatację, konserwację i ostateczne wycofanie/złomowanie aktywów.
  • Wynik: Niższe zużycie energii i mniejsze zużycie materiałów

• Zielone technologie/rozwiązania: Wykorzystując sprawdzone metody i modelowanie IVHM, przemysł lotniczy może zwiększyć prawdopodobieństwo sukcesu podczas wdrażania nowych ekologicznych technologii/rozwiązań, przyspieszając jednocześnie ich wprowadzanie
  • Wynik: Wspieraj osiąganie celów zrównoważonego rozwoju przemysłu

Wybiegające w przyszłość innowacje

Centrum IVHM w Cranfield, wraz ze swoimi głównymi partnerami, miało długofalową aspirację dostarczenia tzw.Świadomy samolot' z potencjałem platformy samolotu bezobsługowej. Koncepcja ta ma na celu stworzenie systemu IVHM, który byłby w stanie być w pełni świadomy stanu statku powietrznego, proponować odpowiednie działania lub podejmować działania samodzielnie.

Dzięki stworzeniu „świadomego samolotu” cały samolot jest monitorowany i powiązany z ekosystemem lotniczym (lotniska, przestrzeń powietrzna, linie lotnicze, pasażerowie, usługi posprzedażowe), maksymalizując korzyści z poprzednich przykładów. Koncepcja ta ma na celu eliminację nieprzewidzianych usterek technicznych, a w przypadku awarii możliwość decydowania o działaniach minimalizujących wpływ na środowisko lub realizacji zmodyfikowanej misji w zastosowaniu wojskowym.

• Wynik: Zmaksymalizowane korzyści: Niższe emisje (dzięki mniejszemu zużyciu paliwa), Niższe zużycie energii i mniejsze zużycie/odpady materiałów

Podsumowanie

Powszechnie wiadomo, że IVHM i lotnictwo cyfrowe przynoszą dziś korzyści ekonomiczne. Jak omówiono powyżej, zapewniają one również znaczące, choć często nierozpoznawane korzyści w zakresie zrównoważonego rozwoju. Patrząc na te działania z nowej perspektywy, możemy również zobaczyć, że IVHM będzie odgrywać kluczową rolę w zapewnieniu realizacji obietnic inwestycji ukierunkowanych na zrównoważony rozwój oraz że działania i utrzymanie będą tak zrównoważone, jak to tylko możliwe. Wreszcie, nowe ukierunkowanie na badania i inwestycje otwierają obecnie nowe horyzonty i możliwości dla zrównoważonego rozwoju i nie tylko, przez cały cykl życia w przemyśle lotniczym.

Źródło: https://blogs.cranfield.ac.uk/aerospace/environmental-benefits-of-integrated-vehicle-health-management-ivhm/