列車メンテナンスリマインダー用の 3D プリント AI センサーシステム

出典: MEMS

MEMSコンサルティングによると、ドイツのフラウンホーファーレーザー技術研究所（フラウンホーファーILT）の研究者らは、列車の部品をインテリジェントに保守できる3Dプリントセンサーシステムを開発している。 Fraunhofer ILT は、業界パートナーと協力し、連邦経済エネルギー省からの資金提供を受けて、3D プリントされたコンポーネントの状態をワイヤレスで継続的に監視する人工知能 (AI) センサーシステム SenseTrAIn を開発しています。

新しい AI センサー統合技術の潜在的な用途としては、列車のドア機構、メインダンパーとヨーダンパー、車輪セットのベアリングキャップなどが挙げられます。 AI 搭載センサーシステムの最終的な目標は、部品の交換または修理が必要かどうか、いつ、どこで必要かを通知することです。
Formnext 2021では、フラウンホーファーILTが、導体を含む測定グリッドを備えたLPBFプリントデモンストレーターを使用して、センサー統合技術の可能性を実証します（画像提供：フラウンホーファーILT）
SenseTrain による列車コンポーネントのインテリジェント監視
SenseTrain は、列車のドアやシャーシコンポーネントなど、鉄道工学における安全関連機能を効率的かつインテリジェントに監視する方法です。 Fraunhofer ILTと共同でこのプロジェクトに取り組んでいる業界パートナーには、コンポーネント統合センサー開発企業のME-Meßsysteme、予測システム開発企業のDATAbility、輸送ソフトウェア開発企業のVedisysなどが含まれます。

パートナーは今年9月にプロジェクトを開始し、2024年までSenseTrAInの開発と最適化に取り組む予定です。このプロジェクトは、ヨーロッパ最大の鉄道技術コンピテンスセンターである DB Systemtechnik で実施されており、ヨーロッパの鉄道網のスマートメンテナンスへの道を開くことが期待されています。

最終的に、このプロジェクトでは、センサー技術からドイツ鉄道の SAP システムでのレポート作成まで、センサーが統合された 3D プリント部品の状態をワイヤレスで継続的に監視する包括的なアプローチを開発したいと考えています。

将来的には、列車のシャシーやドアに取り付けられたセンサーが5G経由でドイツ鉄道のSAPシステムに接続され、欠陥が発生する前に警告を発するといったことが考えられます。

列車の部品に欠陥があると運行が遅れ、乗客に迷惑をかける可能性があります。しかし、厳格なメンテナンス間隔でまだ正常に機能している部品を交換することは、環境にも経済的にも良くありません。 SenseTrAIn プロジェクトのパートナーは、新しい AI 対応センサー統合テクノロジーでこれらの問題に対処したいと考えています。
ブレーキ力と温度を測定するためのセンサーを内蔵した AM ブレーキキャリパー (画像提供: Fraunhofer ILT)センサー内蔵コンポーネントの 3D プリント<br /> プロジェクトパートナーは、レーザー粉末床融合（LPBF）3D印刷技術を使用して、センサーが埋め込まれたコンポーネントを製造しています。 LPBF テクノロジーにより、印刷プロセスを特定の時点で一時停止し、コンポーネントにセンサーを組み込んでから続行することで、センサーやアクチュエータなどの電子コンポーネントを金属コンポーネントに統合できるようになります。

SenseTrAIN の潜在的な用途としては、ドア機構、メインおよびヨーダンパー、ホイールベアリングシートを密閉するホイールセットベアリングクランプなどのコンポーネントが挙げられます。ホイールセットのベアリングキャップは、負荷が増加すると温度が上昇し、摩耗のリスクが高まるため、メンテナンスの観点から重要なコンポーネントです。 SenseTrace システムでは、ホイールセットのベアリングキャップに温度センサーと加速度センサーが統合されており、ホットランナーとその原因を早期に検出できます。

プロジェクトの成功を確実にするために、フラウンホーファーILTの研究者は、AIセンサーの組み合わせを最適化するために、大規模で検証済みのデータベースが必要であると判断しました。フラウンホーファーILTの科学者たちは、ドイツ鉄道技術のTrainlabを利用して、現実的な日常的な条件下で新しいセンサー技術をテストしています。テストから収集された情報は、パートナーが日常の運用に向けてシステムのテストを始める前に AI をトレーニングするために使用されます。

Fraunhofer ILT は、今月の Formnext 見本市でセンサー統合技術の機能を実演します。チームは、SenseTrAIn のメンテナンスと監視の可能性を示すために、印刷された測定グリッド (導体を含む) を備えた 3D プリントのデモンストレーターを紹介します。
Google の Jacquard チップ (画像提供: Stratasys)
3Dプリンティングはセンサー統合アプリケーションを最適化します
3D プリンティングは、センサー統合アプリケーションの改善と最適化のために研究者や業界関係者によってますます利用されるようになっています。

この技術の特に人気のある応用例の 1 つは、Google の「Jacquard」タグなどのウェアラブル電子センサーです。これは日常の物に取り付けて動きを感知する機能を持たせることができます。 Google の ATAP 部門は、Stratasys の PolyJet 3D 印刷技術を使用して、着用者が特定のジェスチャーで携帯電話を制御できるプロトタイプのタグを作成した。

3D プリンティングは、圧電電子機器、睡眠を監視する「スマートベッド」、センサー内蔵ドローン、遠隔農作物監視用の水分センサーなど、他のウェアラブル技術の製造にも使用されています。

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