Innovatieve ontwikkelingen in lucht- en ruimtevaart zorgen vaak voor een spin-off in andere industrietakken. Het NLR komt met twaalf voorstellen voor het ontwikkelen van nieuwe tools voor fabrikanten van elektrische bekabelingssystemen (ook wel kabelbomen genoemd) die ook in andere sectoren winst kunnen opleveren. Het Elektrisch Kennis en Innovatiecentrum (ELKINA) van BAC wil deze ideeën samen met het NLR en geïnteresseerde bedrijven verder concretiseren. BAC staat voor Business ACcelarator. In BAC stimuleren bedrijven, overheden en kennisinstellingen innovaties rondom de thema’s Elektrische systemen, Corrosiebehandeling, Composiet onderhoud en Avionica.
De aanname in de vliegtuigindustrie was altijd dat een kabel net zo (on)gevaarlijk was als het systeem waaraan het gekoppeld was. Als een kabel voor het passenger inflight-entertainmentsysteem (voor films, muziek en games) uitvalt, werd dat gezien als ongevaarlijk. Als een kabel voor een belangrijk vliegtuigbesturingssysteem uitvalt, is dat wel gevaarlijk. Uit onderzoek naar de oorzaak van enkele vliegtuigongelukken bleek echter dat alle kabels een rol speelden voor de veiligheid. Onderzoeker Edwin van de Sluis van het NLR: “Als een kabel van het entertainmentsysteem zou doorbranden, zou dit een naastliggende belangrijke kabel kunnen beschadigen.”
Aantonen
Er is sinds korte nieuwe regelgeving over vliegtuigbekabeling. Deze regelgeving ziet vliegtuigbekabeling als een volwaardig subsysteem van het vliegtuig. Dat subsysteem, ook wel Electrical Wiring Interconnection Systems (EWIS) genoemd, moet apart op veiligheid geanalyseerd worden. Leveranciers van vliegtuigbekabeling moeten aantonen dat ze voldoen aan de nieuwe regels. Hoe dat precies moet, staat er niet in. Martijn Stuip van NLR: “Je moet bijvoorbeeld bewijzen dat de afstand tussen bepaalde kabels groot genoeg is zodat ze elkaar niet kunnen beïnvloeden. Dat kan met een tool in het ontwerpproces.” Van de Sluis: “Het gaat erom dat je zo efficiënt mogelijk wilt voldoen aan de veiligheidseisen uit de regelgeving en aan eventuele aanvullende eisen van de vliegtuigbouwer. Hoe efficiënter, hoe beter, want dat zorgt voor kostenbesparing en dus voorsprong op de concurrentie. Daarom zoeken we naar middelen en manieren om dat zo goed mogelijk in te vullen.”
Profiteren
De uitdaging ligt in het feit dat de regelgeving niet omschrijft hoe de fabrikant moet aantonen dat zijn vliegtuigbekabelingveilig is. NLR analyseerde daarom de regelgeving en stelde een lijst op van eisen en de mogelijke tools waarmee fabrikanten zoals Fokker Elmo efficiënt aan de eisen kunnen voldoen. In het kader van BAc zoekt het Elektrisch Kennis en Innovatiecentrum samen met NLR naar cross-sectorale toepassingen van die tools. Bert Klarus van BAc: “Met andere woorden: in welke sectoren kan men ook profiteren van deze vaak vernieuwende en technologische geavanceerde oplossingen? Of andersom: welke sector of welk bedrijf kan meehelpen om zulke tools te ontwikkelen? Want lang niet alle voorgestelde tools bestaan al.” De voorgestelde tools variëren van afstand- en plaatsbepaling van kabels (vroeg in de ontwerpfase van een vliegtuig), tot het in kaart brengen van de risico’s van vlambogen (elektrische ontladingen via de lucht) tot 3D- en augmented reality toepassingen.
Afstand en plaats bepalen
Ontwerpers van vliegtuigbekabeling hebben te maken met ontwerpregels: een Knowledge base of design rules. Daarbij draait het bijvoorbeeld om de onderlinge afstand tussen de kabels en om de wetenschap welke kabels er bij elkaar in de buurt mogen. De vraag is of en hoe deze ‘vuistregels’ (verder) zijn te automatiseren. Wellicht zijn wiskundige modellen nodig die bepaalde gedragingen modelleren, en/of experimentele opstellingen om vast te stellen welke afstand tussen bepaalde kabels veilig is. Vliegtuigbekabelaars zoeken constant naar het optimum tussen het laagste gewicht (dus dunne kabel en dunne isolatie) en het voorkomen van interferentie en brandgevaar. Nu gebeurt dat voornamelijk op basis van praktijkervaringen en historische data. Van de Sluis: “Als je kunt analyseren dat dichter bij elkaar ook veilig is, kun je daar winst behalen. Je wilt dat de autoriteiten het vertrouwen krijgen dat het veilig is.” Het lijkt minder te spelen in andere sectoren omdat het gebrek aan ruimte en de noodzaak om het gewicht te bepreken nergens zo nadrukkelijk aanwezig is als in de luchtvaart. Voor machines, schepen, treinen of vrachtauto’s spelen dit soort zaken veel minder of zelfs helemaal niet.
Vlamboog en oververhitting
De EWIS-regels stellen dat een leverancier moet onderzoeken wat de gevolgen zijn van het optreden van een vlamboog en oververhitting van kabels. Een vlamboog is een ‘bliksempje’ oftewel een elektrische ontlading via de lucht tussen twee dichtbij elkaar gelegen geleiders met een spanningsverschil. Het kan voorkomen bij kabels waarvan een stukje isolatie is verdwenen waardoor de kern is blootgelegd. Isolatie kan bijvoorbeeld beschadigen doordat een trillende kabel continu ergens tegenaan schuurt. Bij een vlamboog komt veel energie vrij in de vorm van hitte, waardoor de isolatie verder kan smelten. Oververhitting ontstaat als er teveel stroom door een kabel gaat. Maar hoe stel je deze risico’s vast? Met een visuele inspectie? Dat is door de beperkte ruimte in vliegtuigen lang niet altijd mogelijk. De Amerikaanse Federal Aviation Administration (FAA) doet onderzoek naar vlambogen en oververhitting. Bureau-analyse en simulatie van vlamboogeffecten op basis van modellen zijn alternatieven voor visuele inspecties. Als je dit goed in kaart kunt brengen, is dit van grote toegevoegde waarde voor de veiligheid. Vrijwel elke industrie kan profiteren van een tool dat het gevaar van vlambogen of oververhitting van kabels voorspelt.
Hulpmiddel bij ontwerp
Tijdens de fysieke installatie van kabelbomen komt het wel eens voor dat kabels net te kort blijken. Dit komt meestal omdat er zich tijdens het ontwerp van een vliegtuig veel wijzigingen voordoen. Met een 3D-installatie analyse tool zijn dit soort problemen te voorkomen, verwachten Van de Sluis en Stuip. Stuip: “Denk aan een virtual reality-achtig programma als hulpmiddel bij de fysieke installatie. Je hebt dan wel een database nodig met alle informatie, met de vorm van de kabel en hoe de ruimte er dan uit ziet.” Fokker Elmo doet het blijkbaar al erg goed op dit gebied, maar andere sectoren die kabelsystemen moeten installeren in een beperkte ruimte kunnen mogelijk baat hebben bij een dergelijk systeem.
Geen standaard kabel meer pakken
Vliegtuigbouwers zouden moeten aangeven welke hoeveelheid spanning een bepaalde kabel moet aan kunnen. Een database met deze informatie over bepaalde kabelverbindingen en de bijbehorende elektrische spanning kan uitkomst bieden. Een dergelijke database kan ook interessant zijn voor sectoren die met vergelijkbare vraagstukken zitten, zoals bouwers van complexe machines of hydraulische systemen.
Onderhoudsbewust ontwerpen
Het is belangrijk om al tijdens het ontwerp rekening te houden met het onderhoud tijdens de levensduur. Al tijdens de ontwerpfase moet daarom een analyse plaatsvinden die de toegankelijkheid voor inspectie en reparatie waarborgt. Hier ligt een duidelijke link met eerdergenoemde virtual reality-toepassingen in de ontwerpfase. Het is duidelijk dat dit belangrijk is voor alle situaties waarin kabelboomsystemen onderhouden moeten worden in een beperkt toegankelijke ruimte.
Luchtvaart specifiek
Enkele onderwerpen uit de EWIS-regelgeving zijn zo specifiek dat een cross-over naar andere sectoren niet voor de hand ligt. De zone-verdeling in vliegtuigen is er zo een. Zo is er bijvoorbeeld een zone voor de brandstof veelal in de vleugels. Voor elke zone gelden specifieke eisen. Wellicht is dit ‘model’ interessant voor grote sites in productie of chemie die onder één veiligheidsregime werken, terwijl dat misschien gesplitst kan worden naar bijvoorbeeld kantoor, magazijn en productie, om maar iets te noemen.
Hulpmiddel bij installatie
Om de installatie van kabelbomen in een vliegtuig te vereenvoudigen is een hulpmiddel op basis van enhanced reality handig. De persoon die de systemen installeert, krijgt aanvullende informatie bijvoorbeeld op een tablet of in zijn gezichtsveld geprojecteerd waardoor hij beter weet welke handelingen hij moet verrichten. Hiervoor is wel real time toegang nodig tot een database met onderliggende gegevens. Iedere industrie die te maken heeft met installatiewerkzaamheden in een beperkte of complexe ruimte kan baat hebben bij een dergelijk systeem.
Toestand
Hoe kun je de toestand van kabelsystemen monitoren terwijl ze in gebruik zijn? Er loopt al een test met onder andere Fokker Elmo en NLR met Fiber Bragg Grating-sensoren (glasfibersensoren). De sensoren worden meegevlochten in de kabelbundel. De resultaten hiervan zijn nog niet bekend. De techniek is interessant voor elke situatie waarin het extreem moeilijk of kostbaar is om kabelsystemen te vervangen. Daarnaast zijn glasfibersensoren potentieel interessant om bijvoorbeeld de staat van composieten vast te stellen.
Verouderingsproces kabels voorspellen
Als je het verouderingsproces kunt voorspellen, kun je winst boeken in je onderhoud. Van de Sluis: “Stel dat de kabelleverancier zegt dat je een kabel na vier maanden moet inspecteren bij een bepaalde toepassing om de veiligheid te waarborgen, maar jij kunt aantonen dat op basis van het werkelijke gebruik het zes maanden kan zijn, dat scheelt nogal.” Een systeem ontwikkelen dat de gegevens van de kabelsystemen bevat en dat op basis van de verouderingsmodellen de verslechtering van de kabelbomen kan voorspellen, biedt hier uitkomst. Iedere industrietak die het onderhoud aan kabelsystemen wil optimaliseren en te maken heeft met veiligheidseisen, is hierbij gebaat.
Onderhoud
Onderhoudsactiviteiten aan kabelboomsystemen kunnen in de toekomst beter en sneller plaatsvinden door toepassing van enhanced en augmented reality-toepassingen. Net als bij eerdergenoemde ontwerp- en installatiehulpmiddelen is hiervoor een gevulde database met EWIS-gegevens nodig en real time toegang tot dezelfde database tijdens de onderhoudswerkzaamheden. Net als bij het voorspellen van het verouderingsproces van kabels is deze techniek interessant voor iedere sector waarin onderhoud en veiligheid belangrijk zijn.
Automatische tekeningen
Vooral bij oudere vliegtuigen zijn de elektrische schema’s niet altijd meer beschikbaar. De tool AGWD (Automatic Generation of Wiring Diagrams) genereert automatisch technische tekeningen op basis van informatie in de (EWIS-)database. Dit systeem werkt al bij Fokker Elmo. Ook TTA International uit Dordrecht werkt met (een afgeleide) van dit systeem, maar dan voor de automotive industrie. Technisch dienstverlener SPIE Nederland beschikt over een 3D-scanapparaat waarmee het bestaande kabelsystemen in beeld kan brengen, bijvoorbeeld wanneer de informatie verdwenen of achterhaald is. Het systeem is operationeel en werd ontwikkeld voor toepassingen in de procesindustrie.
Test-tool
Een test-tool om de functionaliteit en integriteit van kabelsystemen aan boord te testen zou welkom zijn. Het testen gebeurt nu nog door de stekker aan een kant eruit te halen en de kabel door te ‘fluiten’. Dat wil zeggen door een signaal van pin naar pin te sturen. Dit zegt echter niets over de toestand van de isolatie. Een niet-destructieve test-tool is interessant voor iedere sector die vaak kabels moet testen, maar deze niet kan of wil losmaken.
Hoe nu verder?
Het BAc programmamanagement van ELKINA wil uit bovenstaande voorstellen enkele nieuwe innovatieprojecten starten. Het zoekt daartoe bedrijven en kennisinstellingen die als ‘projecttrekker’ willen optreden en/of mee willen doen in de projecten. De inzet kan verschillend zijn en kan bijvoorbeeld bestaan uit het leveren van denkkracht, het leveren van onderzoeksapparatuur en/of een financiële bijdrage. Ontwikkelingsmaatschappij REWIN West-Brabant zoekt vervolgens naar aanvullende financiering voor het nieuwe onderzoekstraject.
Dit artikel is afkomstig van http://www.bacw.nl
