Avanzando en la seguridad de la aviación a través del mantenimiento predictivo: un enfoque de aprendizaje automático para la clasificación de la severidad del desgaste de frenos de carbono
Autores: Jammal, Patsy; Pinon Fischer, Olivia; Mavris, Dimitri N.; Wagner, Gregory
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Avanzando en la seguridad de la aviación a través del mantenimiento predictivo: un enfoque de aprendizaje automático para la clasificación de la severidad del desgaste de frenos de carbono
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Sistemas de frenos
Desgaste de frenos de carbono
Clasificadores de aprendizaje automático
Predicción de la severidad del desgaste
Datos operativos
Factores ambientales
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 42
Citaciones: Sin citaciones
Los sistemas de frenos son esenciales para la seguridad y eficiencia operativa de las aeronaves; sin embargo, la variabilidad del desgaste de los frenos de carbono, impulsada por la compleja interacción de factores operativos y ambientales, presenta desafíos para una planificación de mantenimiento efectiva. Este esfuerzo aprovecha los clasificadores de aprendizaje automático para predecir la gravedad del desgaste utilizando datos operativos de la flota de fuselaje ancho de una aerolínea equipada con sensores de desgaste que miden el porcentaje de almohadilla de carbono restante en cada freno. Las métricas específicas de la aeronave a partir de los datos de vuelo se complementan con parámetros meteorológicos y de aeropuerto de FlightAware para capturar mejor el entorno operativo. A través de un benchmarking sistemático de múltiples clasificadores, combinado con una sintonización estructurada de hiperparámetros y cuantificación de incertidumbre, los modelos LGBM y de Árbol de Decisión emergen como los de mejor rendimiento, logrando precisiones predictivas de hasta el 98.92%. La inclusión de variables ambientales mejora sustancialmente el rendimiento del modelo, identificándose la humedad relativa y la dirección del viento como predictores clave. Si bien el aprendizaje automático se ha aplicado extensamente en contextos de mantenimiento predictivo, este trabajo avanza en el campo de la predicción del desgaste de frenos al integrar un conjunto de datos integral que incorpora características operativas, ambientales y específicas del aeropuerto. Al hacerlo, aborda una notable brecha en la literatura existente respecto al impacto de las variables contextuales en la predicción del desgaste de frenos.
Descripción
Los sistemas de frenos son esenciales para la seguridad y eficiencia operativa de las aeronaves; sin embargo, la variabilidad del desgaste de los frenos de carbono, impulsada por la compleja interacción de factores operativos y ambientales, presenta desafíos para una planificación de mantenimiento efectiva. Este esfuerzo aprovecha los clasificadores de aprendizaje automático para predecir la gravedad del desgaste utilizando datos operativos de la flota de fuselaje ancho de una aerolínea equipada con sensores de desgaste que miden el porcentaje de almohadilla de carbono restante en cada freno. Las métricas específicas de la aeronave a partir de los datos de vuelo se complementan con parámetros meteorológicos y de aeropuerto de FlightAware para capturar mejor el entorno operativo. A través de un benchmarking sistemático de múltiples clasificadores, combinado con una sintonización estructurada de hiperparámetros y cuantificación de incertidumbre, los modelos LGBM y de Árbol de Decisión emergen como los de mejor rendimiento, logrando precisiones predictivas de hasta el 98.92%. La inclusión de variables ambientales mejora sustancialmente el rendimiento del modelo, identificándose la humedad relativa y la dirección del viento como predictores clave. Si bien el aprendizaje automático se ha aplicado extensamente en contextos de mantenimiento predictivo, este trabajo avanza en el campo de la predicción del desgaste de frenos al integrar un conjunto de datos integral que incorpora características operativas, ambientales y específicas del aeropuerto. Al hacerlo, aborda una notable brecha en la literatura existente respecto al impacto de las variables contextuales en la predicción del desgaste de frenos.