Uitwerkingen sessie ontwerpen, maken en gebruiken van sensoren in de aerospace 30 Oktober 2013 Joost Krebbekx en Bertus Postma 1
Agenda van vandaag 13.00 uur Start, welkom en doelstelling van deze middag
13.30 uur Gebruik van sensoren in de aerospace: NLR 14.00 uur Nieuwe functies, eisen en oplossingen: pull 14.45 uur Gebruik van sensoren in andere applicaties: SU en BCsemi 15.15 uur Pauze 15.30 uur Nieuwe functies, eisen en oplossingen: push 16.00 uur Fabricage en Big data 16.45 uur Mogelijke projectideeën 17.15 uur Entrée aerospace markt 17.45 uur Selectie beste ideeën 18.00 uur Conclusie en borrel
2
Doel van deze middag Verbinding tot stand brengen tussen aerospace partijen en andere deelsectoren HTS&M Nadenken over mogelijke korte termijn projecten Nadenken over vervolg, langere termijn
3
Aerospace als deelsector HTS&M
Aerospacesector ia tegeswoordig integraal onderdeel van de topesctor HTS&M en heeft een eigen visie 2020 gemaakt en als een van de deelsectoren ook een eigen innovatiecontract (zie www.htsm.nl)
Omde integratie tussen de verschillende deelsectoren te bevorderen is deze sessie georganiseerd door de NAG en gefinancierd door de TKI van HTSM
4
Structural health monitoring, sensoring en UAV als scope van deze sessie Themes Mobility Energy
Targets (properties and products) Payload effectivity and efficieny Less energy consumption/lighter
Technology & innovation themes NL strengths 2012-2020
More efficient
Engine components
Future concepts Aerostructures
Systems Engine components
Environment
Reduction of CO2, NOx and noise
Safety
Toxicity Passenger safety
Security
Societal security
Aerostructures Aerostructures Aerostructures Systems Systems
Life cycle
Longer life
MRO
End of life Reduction life cycle costs
Aerostructures Aerostructures Systems
Climate/
Flapless wings New wiring concepts Materials (composites, FML, new resins) Smart multifunctional materials Virtual testing Interior/airframe integration Blisks & seals HT components All electric aircraft Fit for alternative fuels Geared turbofan Morphing wing Cr fee (Reach-sunset roadmap) Structural Health Monitoring Sensoring and sensors UAV Military transport systems Design for maintenance Self healing materials Coatings Composite repairs NDI Avionics software Design for reuse or recycling PMA parts
5
High Tech systems opbouw
High Tech systems zijn er in verschillende soorten en functies. Over het algemeen kan men zeggen dat HTS wel uit veelal gelijke bouwblokken bestaan In de lange termijn technology roadmap HTS&M (point One uitgave) is een overzicht gegeven van de trens en doorbraken die verwacht worden op verschillende bouwblokken
6
Bouwblokken bestaan weer uit componenten
Sensoren en actuatoren zijn componenten van high tech systemen
In het verleden waren deze componenten voor mechanisch of electronisch of een combinatie daarvan
Tegenwoordig zijn er veel meer soorten componenten waarbij zeer zeker de ontwikkeling op het gebied van photonica heel belangrijk te noemen is
6HQVRUHQ]LMQYDDNFRPELQDWLHVYDQYHUVFKLOOHQGH³basistechnologiën
Sensoren worden vaak gemaakt door zeer krachtige, zelfscheppende ondernemeningen. Er is veel R&D power in deze wereld te bespeuren
7
Presentatie market pull Sensoren en sensornetwerken in de aerospace, NLR 8
Sensoren en Sensornetwerken in de Luchtvaart Innovatie, een introductie Michel Keuning, NLR Henk Jan ten Hoeve, NLR
Nationaal Lucht- en Ruimtevaartlaboratorium ± National Aerospace Laboratory NLR
9
Sensoren: essentieel voor vliegtuigen
Bijvoorbeeld luchtsnelheid meten Huidige methode: drukken meten Pitot probe
10
Luchtsnelheid meten: de innovatie Optisch snelheid meten: Doppler effect
Speciale eisen voor vliegtuigsensoren:
Betrouwbaarheid Omgevingscondities
11
Innovatie en kansen voor sensor(netwerk)ontwikkelingen in de luchtvaart Nederland heeft de kennis en faciliteiten voor de ontwikkeling van sensoren en sensornetwerken in de luchtvaart
Enkele belangrijke trends om op aan te haken z Meten met onbemande vliegtuigjes (UAS) z Structural Health Monitoring (SHM) met sensornetwerken
12
Meten met Onbemande Vliegtuigjes (UAS)
13
Vele verschillende soorten Mini/Micro-UAS (<25 kg, 3kft AGL, 25km LOS) Ducted Fan
octo.. (radial)
T-Hawk Odin
hexa(radial)
...copter Types
octo.. (coaxial)
heli..
Fixed Wing
bicopter
Raven ScanEagle X-100
Flapping Wing (Ornithopter)
cybird
Hybrid Types
tricopter quadro..
Mini-Panther
Delfly micro
Cypher II
hexa(coaxial) octo.. (linear)
Rotating Wing
Samarai
Entomopter smart bird
the Quadshot
Fanwing
Humming bird
9LVLRQ¶$LU
MAVion 14
Toepassingsgebieden voor mini-UAS (1/2)
15
Toepassingsgebieden voor mini-UAS (2/2)
16
UAS-waarnemingen bij brandbestrijding Hoe kan de brandweer worden geholpen bij een grote brand? z Observeren z Pluimmeting met sensoren z z
wat komt er in de lucht? welke hoogte?
Gegevens uit meerdere bronnen Hoe houd je overzicht? oplossing: GiMS: Geospatial Information Management System Die gegevens, inclusief videodata beschikbaar maakt voor het crisismanagement systeem 18
en GiMS kan weer op vele manieren worden ingezet: bijv SensorWorld
19
Veilig gebruik van UAS in ons luchtruim z Detect & Avoid = ontdekken en vermijden van conflicten
met ander luchtverkeer z Door afwezigheid van mens in de cockpit is dit een uitdaging voor de onbemande luchtvaart z Oplossing: vervang menselijke waarneming door sensoren
Ref: http://www.geometh.ethz.ch/uav_g/proceedings/vonBothmer_presentation 20
Structural Health Monitoring (SHM) met Sensornetwerken
21
Introductie SHM Het doel van een SHM
systeem:
Condition Based Maintenance (vervangt
huidige scheduled maintenance filosofie)
availability n
5HGXFHHU³FRVWRIRZQHUVKLS´
(inspection and maintenance)
Vergroot de system operational
availability
Huidige veiligheidsniveau handhaven
Optimize safety
costs p
Moeilijk toegankelijke plekken kunnen
bewaken
22
Introduction: SHM Enabling Technology
23
Voorbeelden: Vliegtuig/Helicopter SHM z 2SWLFDO)LEUHVPHW)%*¶VYRRUGH/RDG0RQLWRULQJ z Acoustic Emission System bewaakt vermoeiingsbreuk z CVM system op de wing roots voor de damage detection
24
Vliegtuig/Helicopter SHM z Het vervolg op de vleugeltest z 2SWLVFKHYH]HOVPHW)%*¶V z z z
Load monitoring tijdens de vlucht mogelijk maken Vibratie- en temperatuur-bestendig interrogator Groot aantal meetpunten (minstens 30) op ±100Hz
z Acoustic Emission of Piezo-electric sensor z z
Impact-monitoring op de composiet paneel Schade detecteren (evt lokaliseren)
z CVM toepassingen uitbreiden z
Robuustheid aantonen
25
SHM Verification & Validation Platform z Generieke Test Platform voor SHM technieken z Open test, dus verschillende SHM technieken kunnen
met elkaar vergeleken worden onder dezelfde omstandigheden
z Mogelijkheid om trilling aan te zetten (1 of 2 assen)
26
Nieuwe SHM Technieken z Salowitz et. al. (IWSHM2013): piezo sensor netwerk z z
Piezo-electrische sensoren zijn verbonden met zeer dunne rekbare draden Microfabricating techniek nodig
27
Nieuwe SHM Technieken z Groot gebied kan worden bewaakt z
mogelijke toepassing op een composiet vleugel
28
Certificatie SHM Techniek z NLR heeft ervaring met: z certificatie regelgeving z opzetten certificatie plannen z uitvoeren certificatie testen
29
Samenvattend z 1/5¶VHUYDULQJRSGH6+0WHFKQLHNHQ z z z z
Geavanceerde sensoren (optische vezels, CVM, AE, etc.) Data-verwerking en ±mining Schade modelleren op verschillende materialen (incl. composieten) Certificeren van verschillende componenten
z NLR biedt een SHM demonstrator omgeving aan z Contacten met en behoefte van de integrators z
Airbus, etc.
30
31
Presentatie market push Ontwikkelingen Sensor Universe & Business Cluster Semiconductors 32 32
30 Oktober 2013 Workshop sensoren in aerospace
Introductie:
Sensor Universe (www.sensoruniverse.com) en het initiatief van de :
HTSM Sensor Systems Roadmap (www.sensor systems.eu : wordt Deelnemer !) door Jan Maas (
[email protected])
Sensor Universe: 1 v/d 5 Noordelijke Clusters
Noordelijke Partners in Cluster Sensoren
1
Noordelijk Hart met: -‐>ŽŬĂůĞƉƌŽŐƌĂŵŵĂ͛Ɛ;ŐĞŵĞĞŶƚĞŶŝǀĞĂƵͿ -‐ZĞŐŝŽŶĂůĞƉƌŽŐƌĂŵŵĂ͛Ɛ;ƌĞŐŝŽŶŝǀĞĂƵͿ -‐>ĂŶĚĞůŝũŬĞƉƌŽŐƌĂŵŵĂ͛ƐĞŶƐĂŵĞŶǁĞƌŬŝŶŐ -‐ ƵƌŽƉĞƐĞƉƌŽŐƌĂŵŵĂ͛ƐĞŶƐĂŵĞŶǁĞƌŬŝŶŐ
Noordelijk Sensoren Programma
HTSM Sensor Systems Roadmap (www.sensor systems.eu : wordt Deelnemer !)
een landelijk initiatief gestart door INCAS3 in samenwerking met Sensor Universe
What is a sensor system? Sensor system architecture (e.g. measurement concept / system design) ICT standards & solutions
Sensor / Actuator hardware
(generic) Sensor / actuator components; (embedded) Electronics for signal processing; Casing(s);
(wireless) Communication standards; Data flow / -distribution / -storage and -handling; Data security;
Data Analysis and Feedback
Modeling; Anomaly detection; Artificial Intelligence; Cognitive filters; Human-machine interfaces;
- For sensor systems, a full system approach is required changes in one part lead to different considerations for the others
4/7/13
An INCAS³& Sensor Universe initiative
39
Generic sensor system applications Process optimization
Distributed network systems
(1) Real-time measurement and control of production processes and large (industrial) infrastructures. (2) Monitoring of product quality (material inspection).
Intelligent and autonomous alarm and security systems (e.g. for panic detection, fall detection, etc.).
Monitoring (and control) of distributed network systems (smart grids, water and gas distribution net, traffic, pipelines).
Distributed natural systems Monitoring of distributed natural systems (geological and environmental effects).
Sensor Systems monitoring/ controlling
4/7/13
Tracing systems Tracing of objects for localization or mapping purposes (logistics).
Personal support & communication services
Diagnostic systems Sensing of personal/human (biological) processes for both consumer products ³TXDQWLI\\RXUVHOI´ DQGXVHLQKHDOWKVHFWRU (patient-centred care).
Safety & Security systems
Cognitive systems
Sensing for personal support services (mobile phones, energy consumption, etc.).
Sensing of parameters that have no direct physical correlate (e.g. soundscapes, skin smoothness).
An INCAS³& Sensor Universe initiative
40
Technological Requirements Sensor (hardware)
Miniaturization
System level
Designing new combined chip architectures (transducer, signal processing, communication and energy storage).
Sensor system concepts
Modeling Development of models of sensors, models of (distributed) processes, cognitive models, etc.
Novel measurement concepts (e.g. sensor swarms, robot networks, decentralization of intelligence).
Low cost components Move towards standardization of intelligent sensor units / components.
Robustness Sensors that can function on the long-‐term in the real-‐world (harsh environments).
Self-‐harvesting of energy and/or minimizing energy consumption.
Connectivity Coupling of multiple sensors and central data acquisition / processing points (privacy, security).
4/7/13
Adaptiveness
Cognitive sensors Development of methods to translate human experience (skin smoothness, soundscapes, etc.) to measurable parameters.
An INCAS³& Sensor Universe initiative
Big data Development of methods to extract relevant information from large amounts of available data.
Embedded intelligence Shifting the data analysis towards the local sensor device (less communication and energy consumption).
Creating self-learning systems that have a certain degree of context and/or environment awareness.
Self-‐sustainability
Automatic (sensor-) fault detection DQRPDO\GHWHFWLRQ DQG³ZDWFKGRJ´ functionality with low false positives and no false negatives.
Reliability
Usability for laymen Development of intuitive human-machine interfaces.
41
COMPONENTEN
van emerging sensor technologieën van de enabling technologieën HTSM Enabling Technologies 1. Components & Circuits 2. Embedded Systems 3. Hightech Materials 4. Mechatronics & Manufacturing 5. Nanotechnology 6. Photonics 7. ICT
HTSM Application areas 8. Aeronautics 9. Automotive 10. Healthcare 11. Lighting 12. Printing 13. Security 14. Semiconductor Eq. 15. Solar 16. Space 17. Adv. Instrumentation
van slimme componenten naar systemen
18. Sensor Systems Roadmap
SYSTEMEN
Naar doorbraak technologieën voor toepassingsgebieden Other Top sectors 1. Agri & Food 2. Creative Industry 3. Energy 4. Horticulture & Starting Materials 5. Lifesciences & Health 6. Logistics 7. Chemistry 8. Water
www.sensorsystems.eu 4/7/13
An INCAS³& Sensor Universe initiative
42
Collaboration in multidisciplinary teams to accelerate innovation chains Sensor Systems Technology
(Generic) Enabling Technologies technology push say what you want ! -‐>
Bridging the gap by: common goals, -‐languages -‐models, -‐specs, -‐modules, -‐standards. -‐tools, etc.
Applications market pull <-‐ say what you have !
Workshops, workgroups and projects to strengthen sensor paragraphs of other roadmaps 28/8/13
Roadmap Sensor Systems ± an INCAS³ & Sensor Universe initiative
43
Dank , vragen ? Wordt lid van www.sensorsystems.eu
[email protected] 44
Context :Maturity Model voor Architecturen: Network Enabled Capability Evolutionary Model
NEC Maturity
Deconflict
Coordinate
Integrate
Coherent
Users
Functional Area Services
Standalone Applications
Integrated and Web Based Applications
Applications as Services
Self orchestrating Applications
Information Services
Standalone Databases
Database Centric Information Sharing
Service Orientation
Semantic Web Capabilities
Communication Services
Multiple Types of Networks
Single Network type
Mobile Software Self Managing Defined Networks Adaptive Networks 45
3-‐WAT WILLEN WE ?, parallel activiteiten in lijn Structuur Roadmap per doel/ambitie/product met rollen/spelers in de tijd per innovatiecyclus/-‐keten Wetenschappelijk Onderzoek
Toekomstige systemen Business cases
2e generatie nieuwe systemen
Pilots, 1e generatie Imple-‐ nieuwe mentatie systemen Huidige systemen
1-‐Toegepast Onderzoek
Technologisch Onderzoek
Industrieel Onderzoek
2-‐Technologie 3-‐Producten in ontwikkeling in ontwikkeling
4-‐Producten in de handel
5-‐Gebruikers
Onderzoeker Techn.Ontwikkelaar Prod. Ontwikkelaar Producent Gebruiker
2-‐Technologie 3-‐Producten in ontwikkeling in ontwikkeling
3-‐Producten in ontwikkeling
4-‐Producten in de handel
4-‐Producten in de handel
5-‐Gebruikers
4-‐Producten in de handel
5-‐Gebruikers
5-‐Gebruikers
Verzilveren gebruikers ervaring Export/ Internationalisering Tijd 46
Business Cluster Semiconductors: ³$Qintroduction to Aerospace´ Henk Gerards Managing director Utrecht, 30 oktober 2013
Mission
Mission Statement Competitive advantage for companies active in development, production and/or application of $GYDQFHG,&¶V0(06 Sensors and Wireless Systems by Cooperation
Outline
Value Chain Semiconductors, MEMS & Sensors NL Ecosystem BCS Activities & Initiatives Innovation 2 Industrialisation for Advanced Micro-‐ & Nanosystems
1. 2. 3. 4.
Value chain Semiconductors, MEMS & Sensors Used in various Aplications Circuit Boards & System Packaging & Assembly
With equipment for wafer production & chips slicing
From designing
Application segments Design
Front-end
Back-end
Testing
Assem-bly
Semiconductor equipment, components & circuits
Systemdesign
- Mobility/ Automotive - Health - Energy - Security
Value chain Semiconductors: Trends µ0RUHThan 0RRUH¶ SENSING
Awareness Perception Attention
COMMUNICATIONS Connectivity, Access
COMPUTING
Processing, Transforming
1980s
1990s
2000s
Source: Institute for the Future, 2004 Map of the Decade
2010s
Key Enabling Technology in EU Program Horizon 2020
Leverage factor > 6
Semiconductors, MEMS & Sensors enable new developments through: greater efficiency better performance new properties robust quality
Source: OECD (2011)
Development
New applications
Smaller dimensions of processors/memory storage
Mainframes Æ PC͛s Æ PDA͛s ÆTablets
Integration of sensors, MEMS
Computerization of cars (15+ computers and 250+ sensors for cars)
Increased reliability
Parts for Aerospace, defense and automotive
Increase of frequency range
Telecommunication
Wireless technologies & sensors
Body Area Networks, Smart buildings
Outline
1. Value Chain Semiconductors, MEMS & Sensors
2. NL Ecosystem 3. BCS Activities & Initiatives 4. Innovation 2 Industrialisation for Advanced Micro-‐ & Nanosystems
World-class ecosystem
z
The Netherlands has approx. 150 companies active in development & production (core business) and equipment & materials (tier 1 suppliers)
Research & Development Centers
z
z
These companies are clustered around Eindhoven, Enschede and Nijmegen. Also around Leuven (Be) there are many companies active. Top-‐class Knowledge Institutes Technical Universities in Eindhoven, Twente and Delft, IMEC en Holst Center.
Source: BCS & Point One (2012)
Development & Production Facilities
BCS semiconductor network 150 High-tech Companies 15.000 employees ¼ 11 Billion revenue
Design
Front-end
Back-end
Testing
Semiconductor equipment
Assem-bly
Systemdesign
System Integration
70 active member
Application segments - Mobility/ Automotive - Health - Energy - Security
Outline
1. Value Chain Semiconductors, MEMS & Sensors 2. NL Ecosystem
3. BCS Activities & Initiatives 4. Innovation 2 Industrialisation for Advanced Micro-‐ & Nanosystems
BCS Activities & Initiatives
1. 2. 3. 4.
Collaboration & Network High Tech (Industrial) Infrastructure & Competences Innovation 2 Application ʹ cross-‐over projects International promotion
1. Collaboration & Network SME Partnersearch National projects - MEMSland - Innovation 2 Industrialisation - DAISY
European programmes - HOMEMEDIA TOETS - REFINED, SOFIA - SMARTIES
Silicon Europe
Design
Front-end
Back-end
Testing
Semiconductor equipment
Assem-bly
Systemdesign
System Integration
Overview HighTech Infrastructure & Competences
Application segments - Mobility/ Automotive - Health - Energy - Security
2.1 Shared EDA Shared Licencepool EDA Software Education & Training Shared IP Blocks - Shared EDA Licenties BV founded March 1th 2012 - 12 60(¶V attached - Licence Value Mentor Graphics: 1 million USDollar
2.2 Production Services Netherlands
Independent Industrial Production Infrastructure for Silicon based Specialty Micro & Nano products Alternative for Closure NXP Semiconductors 4 ± 6 inch Production facilities in Nijmegen Complementary to existing HighTech (R&D) infrastructure
2.3 Advanced Packaging Center
Initial Feasibility Study started 2008 Established as an independent company per January 2010 in Duiven
3. Innovation & Application Cross-over projects 1. Strategic analysis of application segments 2. Feasibility studies ± cross-over cooperation & TeMAs (Technology meets Application)
3. Management of current (I2I) project and new projects
4. International Promotion
1. Silicon Europe ± connection with European networks 2. Collective visit to Productronica 2013 in München 3. Holland High Tech branding
Outline 1. Value Chain Semiconductors, MEMS & Sensors 2. NL Ecosystem 3. BCS Activities & Initiatives
4. Innovation 2 Industrialisation for Advanced Micro-‐ & Nanosystems
Innovation 2 Industrialisation for Advanced Micro- & Nano Systems (I2I) I2I Development projects
Breath Analyzer
Micro Inhaler
Diagnosis POC Cartridge
Blood / Fluid Sampler
Ultrasound Imaging
Cluster Development & Open Infrastructure Competences Innovation & Industrial Infrastructure New R&D initiatives Joint promotional activities
Thin-film Lift-Off Technology
-‐ 10.7 Million Φ R&D -‐ ϭϲ^D ͛Ɛ -‐ 3 Universities
PoC Microfluidics
Development of a PoC GHYLFHIRU76+ ³schildklierhormoon´ TXDQWLILFDWLRQ
Replacing a tedious 15 step pipetting protocol using a well plate by a self contained microfluidics device.
Internal fluid handling using smart microfluidic flow control (no paper based lateral flow such as a pregnancy test).
Ideally starting directly from whole blood.
- Confidential -
67
I2I Ultrasound MEMS technology
68
Tril elementen kleiner: MEMS micro componenten Echografie kleiner: handheld scanners Hogere resolutie high end scanners
U-Needle
U-Needle Body Fluid Sampling
Make a minimal invasive, easy to use Body Fluid sampling Device -
Micro-needle prototypes BFS device prototypes + sampling tests on human tissue Production scale-up solutions Identify market opportunities : U-Needle starts with blood glucose measurements End electrodes (green)
Measure electrodes (orange)
Entry electrodes (red)
DETAIL BH SCALE 50 : 1
U-Needle
CONFIDENTIAL U-Needle © 2013
Aerospace & Semiconductors
1. Partnersearch : Technologies & Knowhow 2. Innovation 2 Industrialisation for Aerospace applications? 3. Development projects H2020
U-Needle
CONFIDENTIAL U-Needle © 2013
Nieuwe benodigde en mogelijke functies, eisen aan sensoren in de aerospace
71
Welke nieuwe functies, subfuncties, eisen en
oplossingen zijn mogelijk en/of nodig? Totaal systeem
Hoofdfunctie
Subsysteem
Subfunctie
Component
Subsubfunctie
Eisen
Concept oplossingen
2D precisie 3D precisie Gewicht Energieverbruik Afmetingen Materialen Kosten Etc«
72
Resultaten brainstorm Functies
Subfuncties
Eisen
Concepten
Monitoring van de externe stof- concentratie om nieuwe route te bepalen of vlieghoogte aan te passen
Polarisatiegraad meten
Monitoring van de interne luchtkwaliteit.
Gasdetectie Ozondetectie
Zeer gevoelig
All toxic sensoren
Opsporen schade aan composiet
Acoustische respons Niet visueel juist visueelmaken (inkt) Afspringen brosse laag
Meelamineren glasvezels
Glasvezels Ultra sound Verdampen Kleurstof THz of rontgen Capicatieve sensoren
73
Resultaten brainstorm (vervolg) Functies
Subfuncties
Meten van belastingen
Temperatiuur, ph, rek en versnellingen meten
Real time smart maintaince Voorspellen vervangen bedrading
Electronica bedrading Temperatuur, trillingen, schikken, vocht meten
All electric planes
Battery health systems
Eisen
Concepten
74
Resultaten brainstorm (vervolg) Functies
Subfuncties
Eisen
Concepten
Low Cost vision
Smart phone cameras
Energy harvesting
Piezo systems(NXP en Holst zijn hier mee bezig)
???
Photonische sensoren
75
Resultaten brainstorm (vervolg) Functies Corrosion monitoring
Subfuncties
Eisen
Verflaag meten Electrische geleiding meten Klimaat meten
Concepten THZ Magnetic flux leakage
Zie ervaringen SHELL en pijpwanddikte metingen
Crack sensing
Smart monitoring
Belasting meten en calculeren Cumulative load sensing
Sensoren met groot geheugen
Piezo
Photonische sensoren
76
Resultaten brainstorm (vervolg) Functies
Subfuncties minder data versturen; data opslaan op de bron; impact van de data opslaan
Eisen preprocessing (limit data bandwidths)
Concepten In situ sensing and prognostic
Typical A/C
SMART AVIONICS
Zelfconfigurerende netwerken Sensor verplaatst zich
moet reliability en safety van andere systemen niet beinvloeden, daar zeker van zijn trillingen, temperatuur, EMC,
grotere integratie van avionica systemen, lager gewicht, toename van het aantal functies, automatische reconfiguratie toename aantal sensoren; grotere betrouwbaarheid, beschikbaarheid en integriteit
77
Resultaten brainstorm (vervolg) Functies Anti collision sensors in wingtip
Subfuncties
Eisen Geen draad
Concepten Energy harvesting sensor
Zwermen vliegtuigen naast grote jumbo's
SWARM technologie
78
Overall aerospace requirements x Licht gewicht x Reliable x Reparable/replaceble x Low power consumption x Certifiability x Life cycle 30 yrs - ambitie 45 jaar (vliegtuig gaat 30 jaar mee)
79
Trends in sensortechnologie en big data
80 80
Trends in sensor technologie en big data Sensortechnologie en meten
Verwerken
Trend is online Wat niet online hoeft, offline doen; niet online maken omdat het kan On chip energy verbruik System-on-a-chip. In eigen energiebehoefte voorzien. Pre processing van data Fotonische/electronische integratie Intelligentie op de chip Multispectrale (multipixel) camera's Trend naar energiegevoelige camera's Datacompressie op de sensor, lokaal geheugen, beperking van het data transport intelligente trillion sensornetwerken met eigen ip adres Notch filters voor scheiden wirelesdata stromen netwerken scheiden, verschillende protocollen moeten elkaar niet beinvloeden
Niet alles opslaan, aan sensor om te bepalen Data fusion, visualisation Automated defect detection Interpretatie van data door mensen 'vangen' in systemen Maak gebruik van kennis ervaring en reken/opslag infrastuctuur van andere toepassingsgebieden bv defensie , Lofar combinatie van individualisering en grote systemen Smart sensing, advanced DSP algorithms Bij voorkeur op basis van fysische modellen Compressietechnologieën die toepassingspecifiek zijn, bij voorkeur adaptief aan de vraag van de dag. monitoring van signalen aan de hand van locale signaal templates en vergelijken met opgeslagen, (geleerde) signalen Uitdaging ligt oa in verwerking SHM data naar informatie t.b.v. performance maintenance contracting Developing of Prognostic and Diagnostic System for
81
Trends in sensor technologie en big data Signal Noise ratio
Fabricage van sensoren
Betere SNR = kleinere systemen = minder gewicht/minder power? single photon detectie systemen nogal wat ervaring in (hoge energie) kernfysica met het halen van max info uit basis signaal: her wordt van geleerd SNR wordt steeds beter, maakt verdere miniaturisatie mogelijk of beperkt ruisonderdukkingsbehoefte, integratietijd Goeie error recovery algoritmes kunnen power besparing geven en/of betere SNR Analoog - digitaal conversie
3D printen van sensoren Preventative NDT in manufacturing Toenemende integratie van photonische componenten met micro electronica in miniatuur systemen ( lichtgewicht) Reconfigurability of electronics, Overtime being able to improve applications Integreren van sensoren tijdens fabricage. "smart SDQHOV³ Miniaturisering, laag gewicht for Wireless Structural Health Monitoring
82
Trends in sensor technologie en big data Kostprijs
Supply Chain
Verdere integratie van optische technologien leidt tot kosten verlaging door het reduceren van aantal koppelingen van losse componenten (factor >10) Steeds meer standaard sensoren (en opzetstukken en reken capaciteit) van slimme telefoons in netwerken, dus worden betaalbaar (Trillion sensors ) Integrated modular avionics (zelfde systeem voor meerdere applicaties in te zetten afhankelijk van configuratie) Innovation Drivers Euros and SWaP ( Size Weight and Power ) Vergeet de life cycle cost niet !
Steeds mee gespecialseerde bedrijven in Big Data verwerking Supply Chain security ten aanzien van onverwachte gebeurtenissen zoals Fukushima Nederland bouwt momenteel de supply chain (Memphis consortium) op van chip design t/m gepackagede modules voor optische sensoren. Alle partijen zijn aanwezig Overname NXP aktviteiten voor multi-client wafer production Low Volume High Mix
for Wireless Structural Health Monitoring
83
Mogelijke gezamenlijke Innovatieprojecten
84
Long list Innovatieprojecten 1. Helicopter SHM demonstrator (composiet) 2. Grootheid beeld detectie 3. Autonomos wireless diagnostic sensors 4. Stofsensoren luchtruim 5. Systeemintegratie aerospace (verpakken avionica) 6. Botssensor wingtip 7. Gasdectectie voor aerospace (intern) (specifiek en sensitief) 8. Ontwerpregels voor keuze wireless / wired technologie 9. Virussensor (luchtkwaliteit) 10. Help data! 11. Sense & avoid (kleine/onder 25kg UAV) 12. Fuselage monitoring
85
Instapdrempel in Aerospace is hoog: Certificering, traceability en veiligheidsprotocollen Voorgeschreven materialen, processen en BvB
Windows of opportunity zijn niet dik gezaaid Militaire kennis is niet zo maar elders in te zetten (security)
Daarentegen: Langlopende contracten Gezonde PDUJH¶V 86
Samenwerking op het gebied van technologie in de sector
87
1. Helicopter SHM demonstrator (composiet) Demonstrator Wie ?
Airborne Polymer Science Park Sensor ontwikkelaars Memphis consortium waarin Technobis, Smart Photonics ea deelnemen TFT-FOS TUD CoDeT SU en Sensor System intiatief TNO AcQ Inducom Recore Systems fibre optic sensors NLR Sergem
Wat?
Inertia Technology: draadloos sensor netwerk en DSP implementation Lichtgewicht interrogator voor multiple FBG sensors ontwikkelen gebaseerd op photonische IC's senoseren, energy harvesting, wireless, data storage, data interpretation Next-gen interrogator bij ons in ontwikkeling (TNO) na eerdere ontwikkeling met/voor Technobis. Data fusion, damage detection Analysis for sensors placement, hardware Faciliteren van bigdata en ombouwen van data en ervaring naar modellen ultrasonics
Hoe? werkzaamheden met overige partners, met name BCS en Sensor Systems Optische sensoren sec is een speerpunt binnen PPP Photonics en kan dus goed als een H2020 project voorbereid worden (met maar een beperkt aantal buitenlandse partijen) Financiering identificeren, partners zoeken, demonstrator specificeren, projectplan indienen
88
2. Grootheid beeld detectie Detectieprotocol
Wie ?
Anagear AcQ Inducom Recore systems als het gaat over het visueel maken van div data: TUDelft faculteit Industrieel Ontwerpen, vakgroep Ergonomie (human interface) NLR (toepassing)
Wat?
Omzetting van sensor data naar beeld. High Performance - Low Power
Hoe?
Ontwikkelen van transducenten van sensor inputs naar beeld. Dan van beeld, naar vision interpretatie en classificering
89
3. Autonomos wireless diagnostic sensors Sensoren
Wie ?
CODET TUD Recore IP kan de diagnostic sensors "configureerbaar, scalable en fout tolerant maken Incas3 Holst centrum Inertia Technology (draadloos sensor netwerk) future link to EU consortium, UK, DE, etc Anagear (Energy harvesting <10Joule per dag) NLR AcQ Inducom
Wat?
Ultrasonic sensors Sensor System development Developing the prognostic and diognostic system sensor miniaturisation, low power electronics Ontwikkeling van algoritmes die weinig processing power vragen, zodat de hoeveelheid data gereduceerd kan worden en dus energie bespaard wordt Distributed algorithms SWAS name of the project
Hoe?
Opstellen van doelstellingen Opstellen van requirements
90
4. Stofsensoren luchtruim Demonstrator
Wie ?
Universiteit Leiden SRON Dutch Space NLR KNMI RIVM? TNO TUD
Wat?
Demonstrator van aanpassing bestaande SPEX technologie op vliegtuig Vaststellen eisen, bijvoorbeeld hoe groot moet de coverage worden. Particle detection/sizing (optical) Hyperspectral infrared Spectral analysis, PCA, etc.
Hoe?
Overleg binnen reeds bestaand consortium, onderdeel maken van op te stellen roadmap voor SPEX, als onderdeel van de HTSM roadmap (Space, Aerospace, Advanced Instrumentation) Financiering regelen.
91
5. Systeemintegratie aerospace (verpakken avionica)
Demonstrator
Wie ?
AcQ Inducom NLR
Wat?
?
Hoe?
?.
92
6. Botssensor wingtip Sensor
Wie ?
TUD Inertia Technology (wireless data transmission) TFT-FOS AcQ Inducom TNO Memphis consortium roadmap teams sensor systemen en C&C
Wat?
Radar? (klein) Wij (TNO) hebben uitzicht op klant en behoefte. Zoek partners mbt wireless datacommunicatie. Traject van lange adem.... Impact location area sensor, ultrasonic FBG Impact sensor. Interrogator on photonic integrated circuit
Hoe?
Verkennende workshop Financiering
93
7. Gasdectectie voor aerospace (intern) (specifiek en sensitief)
Meetprotocol
Wie ?
TFT-FOS SRON? TNO? overleg tussen geinteresseerde partijen, wie neemt de leiding? Onderdeel maken van topsectoren, H2020? RIVM?
Wat?
Inventarisatie eisen; welke gassen, hoe meet je die het beste en met welke gevoeligheden kan dat? Kun je gassoorten met een spectrometer meten? Emissielijnen ed.? FBG sensor, sensor can be made to react on gas, can be measured with interrogator on photonic integrated circuit
Hoe?
??
94
8. Ontwerpregels voor keuze wireless / wired technologie
Design rules
Wie ?
Fokker Elmo ADSE Inertia Technology TNO-communicatie Holst centre NLR CoDeT
Wat?
Ontwikkeling data architectuur optimalisatie door keuze criterium wireless/wired Inventarisatie data inclusief locatie waarvandaan en waar naartoe vaststellen voor en nadelen wireless/wired Inventarisatie elektrisch vermogen inclusief waar vandaaan en waar naartoe Vaststellen van de huidige capabilities van draadloze netwerken in zaken als range, latency, reliability, etc voor verschillende frequentie banden, protocollen (van laag tot hoog) en dergelijke Ontwikkelen kentallen wireless/wired/Data on PWR, PWR on data
Hoe?
Keuze criteria ontwikkelen Ontwikkelen business case Ontwikkelen business model
95
9. Virussensor (luchtkwaliteit) Sensor
Wie ?
VFA solutions (Yes Delft) kan virussen eruit filteren (niet perse detecteren) Airline benodigd TNO
Wat?
???
Hoe?
??
96
10. Help Data! Meetprotocol
Wie ?
????
Wat?
????
Hoe?
??
97
11. Sense and avoid kleine UAV Demonstrator
Wie ?
Head Communications (ESA BIC) Cornelius Wicks navigatie en besturing AcQ Inducom NLR TNO Incas3 TUD CoDeT
Wat?
Identificeren van kandidaat sensortechnologieën Selectie van meest belovende sensortechnologie(ën) Ontwikkelen demonstratiesensorsysteem (indien haalbaar meteen een prototype wat zou kunnen vliegen, m.a.w. gewicht en power eisen voldaan). Indien vorige stap niet in één keer haalbaar, van labopstelling naar miniatuurversie. Flight testing programma Radar-oplossing gewenst vanwege all-weather, range & bearing, nauwkeurigheid, robuustheid in allerlei atmosferische condities. Regelgever overtuigen van veiligheid t.b.v. (beperkt) autonome inzet van met dit systeem uitgeruste UAVs.
Hoe?
??
98
12. Fuselage monitoring Meetconcept
Wie ?
Sensorbouwers CoDeT NLR TUD
Wat?
Combined NDT methods; new methods Analysis and modeling for sensors placement, hardwear Automation
Hoe?
Check business case
99
Hoe verder organisatorisch? x Beoogde partners
-
Syntens / KvK is de partner om MKB aan te sluiten voor die kennis en kunde aan te sluiten die nu nog mist in de projecten Syntens / KvK is tevens toegang tot internationale kennisnetwerk Enterprise Europe Network voor het verkrijgen van technologie van elders op de wereld.
x Te nemen stappen
-
-
Financiering vinden: evt MIT of H2020. Graag lijst met namen en email adressen van deelnemers voor 1-op-1 contacten. SU/Sensor Systems roadmap zou interactieve (deel)website voor deze community en vervolgproces kunnen faciliteren
100
Evaluatieresultaten Letterlijke weergave dus ook met typfouten
101
Evaluatie Wat vond u van dit initaitief? x x x x x x x x x x x x x x x x x x
prima
-
good, hope it leads to actual projects goed opgezet en strak geleid
Informatief en duidelijk
-
waardevol, crosssectoraal is de enige manier om tot innovatie te komen. Elkaar leren kennen en waarderen is daarvoor noodzakelijk
Goed initiatief Uitstekend uitstekend cross over bijeenkomst Goed om deze partijen bij elkaar te brengen. Hier gaat vast iets uit komen. Het is een mooie brainstorm, redelijk volgend het boekje volgens mij. Uitstekend Idee heel goed. Er is duidelijk raakvlak. In uitvoering proberen we in heel korte tijd heel ver te komen tussen twee grotendeels disjuncte werelden. Dat heeft wat meer tijd nodig. goed anders dan de bekende initiativen voor netwerk Goed initiatief goed, wellicht volgende keer explicieter de kennisketen in beeld brengen; waar zit iedereen? Goed initietief. Nu concreet maken. prima, maar vervolg bepaalt of het wat oplevert Sectoren samenbrengen die samen echt potentie hebben is sterk voor de innovatie. Nu moeten we wel concreet verder zien te komen met elkaar. Goed om expertise van meerdere sectoren te koppelen Goede faciliterend. Ik mis de eindgebruikers: Fokker Services, KLM, Defensie
102
Evaluatie Inschatting potentie samenwerking? x x x x x x x x x x x x x x x x x x x
high Sensorsysteemontwikkelingen hebben groot potentieel i.c.m. aerospace Veel belovend, alleen funding voor de projecten? De samenwerking gaat er komen, op welke schaal is vandaag niet te voorspellen het is belangrijk dat per thema een trekker wordt vanaf nu benoemd Hoog, echter funding is een challenge denk dat er nog meer werkbezoeken van sensor industrie bij Aerospace industrie moet komen om beter beeld te krijgen van de aerospace industrie als KET Photonics kunnen en willen wij een bijdrage leveren Veelbelovend, zitten aantal mogelijk interessante projecten tussen waar we echt iets kunnen teovoegen Goede Netwerk Mogelijkheden Uitdaging wordt business case en business model aantrekkelijk te maken - qua expertise en competentie is veel voorhanden. hoge potentie, maar belangrijk is; staan er trekkers op, en komt funding beschikbaar Veelzijdige samenstelling, dus veel mogelijkheden. Alleen hoe gaan we verder met projectdifinitie en financiering? Er zijn iedergeval interessante leads dus de potentie is er zeker Ligt zeker veel potentie, trekker die achter financiering aangaat is essentieel. Zonder klant/subsidie gaat er niet veel gebeuren...... interessante mogelijkheden Er zijn op een paar van de projectideeen/onderwerpen zeker kansen. Funding is lastig indien het niet voor een klant is. Daarnaast aansluiting bestaande NL efforts (Airbus MoU, Aerospace roadmap, etc). nodig om kritische massa te krijgen. zitten een hoop potentiele ideeen in, maar waar is ook geld te halen en te verdienen Ideale partijen om tot een haalbaar plan te komen
103
Evaluatie Wijze van vergaderen? x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x
INteractief en dus positief. Een volgende keer wellicht online Verhelderend all ideas can be contributed uiteindelijk goed, maar even aan wennen, wil meer soms kwijt en soms voor mij minder interessant zeer effectief! Ongunstig moment van het jaar, Operationele Plannen zijn al te ver voorbereid om het (gemakkelijk) mee te nemen in het komende jaar. Centraal in Nederland, prima. Informatief
-
een goede manier
Goed om elkaar F2F te leren kennen en te spreken Verfrissend effectief goed en strakke planning - goede sterke voorzitter rol Houd je bezig, je gaat niet iets anders doen dus goed Ik vind het wel wat, iedereen kan zijn ideeen kwijt. Leent zich ook voor digitaal vergadering zonder naar Utrecht t komen (hoewel netwerken ook belangrijk is) maar wellicht later in ontwikkelproject. het netwerk aspect is hier ook belangrijk verfrissend ruimte voor brainstormen Joost, je leek wel een veilingmeester zoals je de suggesties uit de zaal wist op te halen Goede manier om met een grotere groep toch concreet te kunnen worden Interactief, snel en pragmatisch Had ik eerder mee gewerkt, en zorgt goed voor min of meer gelijkwaardige voor alle deelnemers. Dat is in deze fase erg belangrijk, HOeft niet te wachten of het ook zo in de notulen komt als het bedoeld is Open uitwisseling van ideeen. Je krijgt diepgang in de kleine groepjes. 104
