Transformer 4.0
Digital Revolution
of Power Transformers

Designação do projeto:
Transformer 4.0 : Digital Revolution of Power Transformers

Código do projeto:
01-0247-FEDER-045926

Medida:
SI I&DT Empresarial – Copromoção

Objetivo principal:
Reforçar a investigação, o desenvolvimento tecnológico e a inovação

Região de Intervenção:
Norte

Parceria Internacional:
Massachusetts Institute of Technology (MIT)

Entidade Líder:
Efacec Energia, Máquinas e Equipamentos Eléctricos, S.A.

Copromotoras Nacionais:
INESC TEC – Instituto de Engenharia de Sistemas e Computadores, Tecnologia e Ciência (http://inesctec.pt/ )
INEGI – Instituto de Ciência e Inovação em Engenharia Mecânica e Engenharia Industrial ( https://www.inegi.pt/ )

Data de aprovação:
2020-02-11

Data de início:
2020-07-01

Data de conclusão:
2023-07-01

Custo total elegível:
2.833.072,46€

Apoio financeiro da União Europeia:
1.830.994,78€ (FEDER)

Contrapartida Nacional:
206.933,80€

Resumo

O projeto Transformer 4.0 (TRF4.0) procura desenvolver a transformação digital nos transformadores de potência, onde a Efacec tem uma significativa presença internacional, em mais de 65 países. Esta transformação será implementada através de um amplo projeto de investigação e desenvolvimento, focado no conceito Digital Twin (DTwin). Este DTwin, sendo um modelo virtual e completo do sistema físico, possibilitará abordagens disruptivas na engenharia e fabrico dos transformadores, introduzindo novos modelos de comunicação e oferecendo novos serviços de valor acrescentado, como a monitorização inteligente da condição de serviço, a manutenção preventiva e a avaliação do seu envelhecimento. Através de uma plataforma de DT será possível acompanhar o transformador físico durante todo o seu ciclo de vida, e através de ferramentas de otimização e inteligência artificial, será também possível desenvolver conhecimento para o projeto de futuros sistemas e para a previsão da resposta do sistema a diferentes tipos de perturbações na rede. Adicionalmente, o fabrico digital será explorado por meio do fabrico aditivo, que tem o potencial de revolucionar a engenharia e o fabrico dos transformadores. Este tema, integrado com a plataforma Digital Twin, permitirá o desenvolvimento de modelos disruptivos no fabrico e manutenção de transformadores. Este projeto agrega competências de investigação complementares: a Efacec, fabricante de transformadores de potência, INESCTEC (Instituto de Investigação nas Áreas: Informática, Indústria e Inovação) e INEGI (instituto de investigação nas áreas: engenharia mecânica e industrial), e o MIT – Massachusetts Institute of Technology, através do Centro de Investigação de Sistemas Sociotécnicos, permitindo um projeto de investigação amplo e multidisciplinar. Apesar deste setor ser considerado como conservador em termos de inovação, o projeto de investigação proposto permitirá preparar os transformadores de potência convencionais para os desafios futuros, e para as novas necessidades e oportunidades da transformação ‘Energia 4.0’.

O projeto está organizado em 7 atividades de investigação industrial e desenvolvimento experimental, complementadas com uma atividade de divulgação de resultados e outra de gestão e coordenação do projeto.

OBJETIVO

O projeto Transformer 4.0 visa acelerar a transformação digital do sistema de transmissão de energia elétrica em suas várias dimensões e componentes, em particular o ciclo de vida do produto transformador de energia (desde o projeto preliminar do produto até a atualização do produto).

Objectivos Específicos

1. Digitalização do ciclo de vida dos transformadores de potência através do desenvolvimento de digital-twins

2. Exploração das valências das metodologias knowledge-based engineering integradas num digital-twin do transformador

3. Desenvolver a criação e evolução de novos sistemas de produto-serviço (PSS)

4. Exploração de técnicas de fabrico aditivo aplicáveis aos transformadores de potência

PUBLICAÇÕES E APRESENTAÇÕES

Articles in Scientific Journals:

  • T. A. Dutra, R. T. L. Ferreira, H. B. Resende, L. M. Oliveira, B. J. Blinzler and L. E. Asp, “Identification of Representative Equivalent Volumes on the Microstructure of 3D-Printed Fiber-Reinforced Thermoplastics Based on Statistical Characterization,” Polymers, vol. 14, no. 972, 2022. https://doi.org/10.3390/polym14050972
  • T. A. Dutra, C. Costa, J. R. Matos, B. F. Oliveira, L. M. Oliveira and C. P. Coutinho, “Effects of Printing Parameters on Geometrical and Mechanical Properties of 3D-Printed High-Performance Thermoplastics, Toward the Digitalization of Power Transformers.,” in Proceedings of the 2022 International Additive Manufacturing Conference. 2022 International Additive Manufacturing Conference, Lisbon, 2022. https://doi.org/10.1115/IAM2022-91989

Articles in Conferences:

  • M. Azevedo, S. Tavares and A. Soares, “The Digital Twin as a Knowledge-Based Engineering Enabler for Product Development,” in: Boosting Collaborative Networks 4.0. PRO-VE 2020. IFIP Advances in Information and Communication Technology, vol 598, Springer, 2020. https://doi.org/10.1007/978-3-030-62412-5_37
  • E. Rebentisch, D. Rhodes and A. L. Soares, “The digital twin as an enabler of digital transformation: a sociotechnical perspective,” in IEEE 19th International Conference on Industrial Informatics (INDIN), 2021. 10.1109/INDIN45523.2021.9557455
  • H. D. Silva, M. Azevedo and A. L. Soares, “A Vision for a Platform-based Digital-Twin Ecosystem,” in 17th IFAC Symposium on Information Control Problems in Manufacturing (INCOM), Budapest, Hungary, 2021. https://doi.org/10.1016/j.ifacol.2021.08.088
  • H. Silva and A. L. Soares, “Digital Platforms as Enablers of Smart Product-Service Systems,” in PRO-VE 2021 – 22nd IFIP/SOCOLNET Working Conference on Virtual Enterprises, France, Saint Etienne, 2021. 10.1007/978-3-030-85969-5_47
  • J. L. F. P. Cardoso, E. Rebentisch and D. H. Rhodes, “Adapting Concept of Operations Analysis for Digital Transformation,” in International Society of Transdisciplinary Engineering (ISTE) Conference, 2022. 10.3233/ATDE220665
  • E. Rebentisch, A. L. Soares, D. H. Rhodes, R. Zimmermann and J. L. F. P. Cardoso, “On the use of sociotechnical systems design in industry: digital transformation processes and artifacts,” in Socio-Technical Perspectives in Information Systems (STPIS) Conference, 2022.
  • D. V. Enrique and A. L. Soares, “Cognitive Digital Twin Enabling Smart Product-Services Systems: A Literature Review,” in Collaborative Networks in Digitalization and Society 5.0. PRO-VE 2022. IFIP Advances in Information and Communication Technology, vol 662. Springer, 2022. https://doi.org/10.1007/978-3-031-14844-6_7
  • H. Silva, T. Moreno, A. Almeida and A. L. Soares, “A Digital Twin Platform-Based Approach to Product Lifecycle Management: Towards a Transformer 4.0,” in Innovations in Industrial Engineering II. icieng 2022. Lecture Notes in Mechanical Engineering. Springer, Cham., 2023. https://doi.org/10.1007/978-3-031-09360-9_2

Conference Poster:

  • Efacec: C. P. Coutinho, S.M.O. Tavares, F. Gonçalves, A. Matos, M. Pinto, C. Linhares, H. Mendes, L. Félix, C. Novais, N. Afonso; INESC-TEC: A. L. Soares, R. T. Sousa, V. Esteves, J. F. Pinto, J. P. Pedroso, H. D. Silva, R. Augusto Zimmermann; MIT: D. Rhodes, E. Rebentisch; INEGI: S. Esteves L. Oliveira, J. P. Patrício (2021). “Transformer 4.0 – Digital revolution of power transformers”. Poster presented at the 2021 MIT Portugal Program Annual Conference – Science and Technology as the Catalyst for Tomorrow’s Living Spaces, 2021.
  • Dionísio, J., Pedroso, J., (2022). MINLP for Power Transformer maintenance and operation. Poster presented at: XXII APDIO’s Congress; November 6-8, 2022; University of Évora, Portugal.
  • Dionísio, J., Pedroso, J., (2022). Dantzig-Wolfe decomposition for a MINLP for Power Transformer maintenance and operation. Presentation at: MOM Seminar; September 14, 2022; Zuse Institute Berlin, Germany.

Presentation:

  • “Transformer 4.0 : Digital Revolution of Power Transformers“, MIT-Portugal 2020 Annual Conference – Program, Session #1 – Looking ahead: Research & Impact of MPP Flagship Projects, October 15, 2020, Pavilhão do Conhecimento – Ciência Viva – Lisboa, Portugal

Master Thesis:

  • M. Azevedo, “Knowledge-Based Engineering supported by the Digital-Twin: the case of the Power Transformer at EFACEC,” M.Sc. thesis in Information Science, Department of Informatics Engineering, Faculty of Engineering of the University of Porto, FEUP, Porto, 2020. https://hdl.handle.net/10216/128587
  • P.M.C. Carvalheira, “Digital-twins for structural assessment: model updating techniques,” M.Sc. thesis, Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering of the University of Porto, FEUP, Porto, 2021. https://hdl.handle.net/10216/134995
  • J. Dionísio, “A Mixed-Integer Optimization Model for Efficient Power Transformer Maintenance and Operation,” M.Sc. thesis in Computer Science, Department of Computer Science, Faculty of Sciences of the University of Porto, 2021. https://hdl.handle.net/10216/138587
  • J. P. R. F. Pinto, “Identification of Viable Dissolved Gas Analysis Subsets for Power Transformers,” M.Sc. thesis in Data Science, Department of Computer Sciences, Faculty of Sciences of the University of Porto, 2021. https://hdl.handle.net/10216/136200
  • S. Berwanger, “Data-driven Knowledge-Based Engineering Supported by the Digital Twin,” M.Sc. thesis in Information Science, Department of Informatics Engineering, Faculty of Engineering of the University of Porto, Porto, 2022. https://hdl.handle.net/10216/143030
  • J.A. da Silva, “Development of methodologies for numerical model updating based on experimental data,” M.Sc. thesis, Department of Mechanical Engineering, University of Aveiro, UA, Aveiro, 2022. http://hdl.handle.net/10773/34910

PhD Theses:

  • “Towards a Digital-Twin Based, Multi-sided Market of Data-enabled Product- Services Systems”, Henrique Diogo Silva. Doctoral Programme in Digital Media, started 2020, FEUP.

Fotos

MIT-Portugal 2020 Annual Conference – Program, Session #1 – Looking ahead: Research & Impact of MPP Flagship Projects, October 15, 2020, Pavilhão do Conhecimento – Ciência Viva – Lisboa, Portugal

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