پیشرفت‌های مکانیکی و فناورانه مبتنی بر هوش مصنوعی در صنعت آسانسور و پله‌برقی

رامان خرمی – سیستم‌های حمل و نقل عمودی (VTS)، شامل آسانسورها و پله‌های برقی، نه تنها شریان‌های حیاتی برای جابه‌جایی افراد و کالا در ساختمان‌های بلندمرتبه، مراکز خرید پرتراکم، فرودگاه‌ها و گره‌های حمل و نقل عمومی هستند، بلکه به طور فزاینده‌ای به عنوان عناصر تعیین‌کننده در طراحی معماری نوآورانه، بهره‌وری عملکردی ساختمان‌ها و کیفیت تجربه زندگی و کار ساکنان و کاربران شهری مدرن شناخته می‌شوند. پیشرفت‌های هوش مصنوعی آسانسور در همین راستا به عنوان یک روند تحول‌آفرین در صنعت مطرح شده است.

با افزایش سرسام‌آور ارتفاع، پیچیدگی سازه‌ها و تراکم جمعیت در کلانشهرها، تقاضا برای سیستم‌های حمل و نقل عمودی که نه تنها سریع و ایمن، بلکه هوشمند، کارآمد از نظر انرژی و سازگار با نیازهای متغیر کاربران باشند، به ضرورتی انکارناپذیر تبدیل شده است. این سیستم‌ها از وسایل صرفاً مکانیکی برای جابه‌جایی، فراتر رفته و به بخشی جدایی‌ناپذیر و پویا از اکوسیستم هوشمند ساختمان و تجربه زندگی شهری مدرن بدل شده‌اند، جایی که پیشرفت‌های هوش مصنوعی آسانسور نقش مهمی در هوشمندسازی و افزایش بهره‌وری آن‌ها دارد.

تحول صنعت آسانسور با پیشرفت‌های هوش مصنوعی آسانسور

سیر تکامل فناوری در این صنعت، مسیری جذاب از نبوغ مکانیکی اولیه در قرن نوزدهم (مانند اختراع ترمز ایمنی توسط الیشا اوتیس) تا سیستم‌های الکترومکانیکی پیچیده در قرن بیستم و سرانجام، به سمت سیستم‌های کاملاً هوشمند و یکپارچه با هوش مصنوعی (AI) در قرن بیست و یکم را به تصویر می‌کشد. این تحول، بازتاب‌دهنده روندهای گسترده‌تر اتوماسیون، دیجیتالی‌سازی، اتصال‌پذیری (Connectivity)، و هوشمندسازی مبتنی بر داده در تمامی شئون صنعتی و اجتماعی است و در این میان، پیشرفت‌های هوش مصنوعی آسانسور نقش محوری در این مسیر ایفا می‌کنند.

اگر نوآوری‌های اولیه بر افزایش سرعت، ظرفیت باربری و مهم‌تر از همه، تضمین ایمنی اولیه متمرکز بودند، امروزه تمرکز به سمت بهینه‌سازی چندوجهی عملکرد، شامل بهره‌وری انرژی، کاهش زمان انتظار و سفر، افزایش راحتی و نرمی حرکت، شخصی‌سازی تجربه کاربر و ادغام یکپارچه با سیستم‌های مدیریت هوشمند ساختمان (BMS) و حتی زیرساخت‌های شهرهای هوشمند گسترش یافته است. در این تحول نوین، پیشرفت‌های هوش مصنوعی آسانسور به‌عنوان نیروی محرکه‌ای کلیدی، کیفیت تجربه و بهره‌وری سیستم‌های حمل‌ونقل عمودی را به سطحی بی‌سابقه ارتقا داده‌اند.

نقش پیشرفت‌های هوش مصنوعی آسانسور در صنعت نوین

هوش مصنوعی به عنوان یک کاتالیزور و توانمندساز کلیدی، در حال ایجاد انقلابی عمیق و گسترده در این صنعت است. کاربردهای آن از بهینه‌سازی آنی جریان ترافیک مسافران و کاهش زمان انتظار گرفته تا نگهداری و تعمیرات پیش‌بینانه (PdM) برای به حداقل رساندن زمان ازکارافتادگی، ارتقای سطح ایمنی از طریق تشخیص زودهنگام خطرات، کاهش چشمگیر مصرف انرژی و حتی کمک به فرایند طراحی و مهندسی قطعات مکانیکی نوین و کارآمدتر، همگی نشان‌دهنده ظرفیت تحول‌آفرین این فناوری هستند. در این میان، پیشرفت‌های هوش مصنوعی آسانسور به‌عنوان نمونه‌ای برجسته از کاربردهای عملی این فناوری، مسیر آینده صنعت را روشن‌تر ساخته‌اند.

اهمیت هوش مصنوعی نه تنها در بهبود عملکرد و کارایی سیستم‌های موجود، بلکه در فراهم آوردن بستر کنترلی پیچیده و هوشمند لازم برای تحقق مفاهیم مکانیکی کاملاً جدید و پیشرفته (مانند آسانسورهای بدون طناب با قابلیت حرکت چندجهته یا سیستم‌های رباتیک برای نصب و نگهداری) نهفته است؛ سیستم‌هایی که کنترل دقیق و ایمن آن‌ها فراتر از توانایی منطق‌های برنامه‌ریزی‌شده سنتی یا کنترل‌کننده‌های کلاسیک است. این مقاله مروری، با اتکا به دانش فنی موجود و یافته‌های پژوهشی عمومی، به تحلیل عمیق و جامع پیشرفت‌های هوش مصنوعی آسانسور و جنبه‌های مکانیکی مرتبط با آن در صنعت آسانسور و پله برقی می‌پردازد و بر هم‌افزایی این دو حوزه برای شکل‌دهی به آینده حمل و نقل عمودی تأکید دارد.

بخش 1: نوآوری‌های مکانیکی در سیستم‌های آسانسور: از اصول بنیادی تا فناوری‌های پیشگام و تحول‌آفرین

پیشرفت‌های مکانیکی، همواره سنگ بنای تکامل آسانسورها بوده‌اند و با بهبود مستمر عملکرد، افزایش سطح ایمنی و فراهم آوردن امکانات جدید، زمینه را برای بهره‌گیری از فناوری‌های هوشمند و سیستم‌های کنترل پیشرفته مهیا کرده‌اند. این نوآوری‌ها طیف وسیعی از اجزا و سیستم‌های آسانسور، از مکانیزم‌های محرکه و سیستم‌های تعلیق گرفته تا اجزای ایمنی و طراحی کابین و چاه را دربر می‌گیرند.

بیشتر بخوانید:

• اقدامات ضروری برای محافظت از آسانسور در برابر سیل و بارندگی‌های شدید
• آسانسورهای حیوانات در کانزاس سیتی: سفری تاریخی و فنی در دل تئاتر خیابان اصلی
• استفاده از آینه در آسانسور؛ فریبی دلچسب برای مسافران

1.1- مکانیزم‌های محرکه: قلب تپنده و نیروبخش آسانسور

• تکامل سیستم‌های کششی: سیستم‌های کششی، رایج‌ترین نوع آسانسورها، از یک موتور الکتریکی برای حرکت کابین و وزنه تعادل از طریق سیم بکسل‌ها روی فلکه کششی استفاده می‌کنند. پیشرفت‌ها شامل گذار از موتورهای DC به موتورهای AC کارآمدتر به ویژه با درایوهای فرکانس متغیر VFDs و سپس به موتورهای بدون گیربکس سنکرون آهن‌ربای دائم (PMSM) بوده است. موتورهای PMSM به دلیل راندمان بسیار بالاتر (95-90درصد)، ابعاد کوچک‌تر، وزن کمتر، عملکرد نرم‌تر و کم‌صداتر و نیاز به نگهداری بسیار کمتر، به استاندارد صنعتی تبدیل شده‌اند. در این مسیر، پیشرفت‌های هوش مصنوعی آسانسور نقش مهمی در بهبود عملکرد و افزایش بهره‌وری ایفا کرده‌اند.
• آسانسورهای بدون موتورخانه: (Machine-Room-Less – MRL) این فناوری با استفاده از موتورهای PMSM فشرده، امکان نصب تمامی تجهیزات محرکه و کنترل را در داخل چاه آسانسور فراهم کرده است. حذف موتورخانه منجر به صرفه‌جویی در فضای ساختمان، کاهش هزینه‌های ساخت، کاهش مصرف انرژی (40-30درصد کارآمدتر از سیستم‌های سنتی) و انعطاف‌پذیری بیشتر در طراحی معماری می‌شود. در این حوزه نیز، پیشرفت‌های هوش مصنوعی آسانسور توانسته‌اند روند هوشمندسازی و بهینه‌سازی این فناوری را تسریع کنند.
• سیستم‌های آسانسور بدون طناب (Rope-less Elevator Systems) و حرکت چندجهته: این فناوری انقلابی، با جایگزینی طناب‌های فولادی با موتورهای القایی خطی (LIMs) یا موتورهای سنکرون خطی (LSMs) که مستقیماً روی کابین و ریل‌های راهنمای ویژه نصب می‌شوند، امکان حرکت عمودی و افقی کابین‌ها را فراهم می‌کند. این سیستم‌ها محدودیت‌های ارتفاعی را از میان برداشته، امکان حرکت چندین کابین مستقل در یک شبکه چاه را میسر کرده، زمان انتظار را کاهش داده و مصرف انرژی را بهینه می‌کنند. کنترل این سیستم‌ها به الگوریتم‌های هوش مصنوعی بسیار پیشرفته نیاز دارد و دقیقاً در اینجا است که پیشرفت‌های هوش مصنوعی آسانسور به عنوان یک ضرورت اساسی مطرح می‌شوند.

شکل 1. کانسپتی از آینده آسانسورهای بدون طناب (Rope-less Elevator Systems)

1.2- فناوری‌های تعلیق و انتقال نیرو: استحکام، سبکی و دوام در ارتفاعات سرسام‌آور

در ادامه، چند نمونه از فناوری‌های تعلیق و انتقال نیرو را بررسی می‌کنیم:

1. سیم بکسل‌های فولادی سنتی و بهبودهای آن‌ها: تحقیقات مداومی روی بهبود آلیاژهای فولاد، روش‌های ساخت و بافت سیم بکسل برای افزایش استحکام، انعطاف‌پذیری و مقاومت در برابر خستگی و همچنین توسعه روش‌های بازرسی غیرمخرب (NDT) دقیق‌تر در جریان است.
2. مواد نوین و پیشرفته برای طناب و تسمه: طناب‌های با هسته فیبر کربنی (مانند: (KONE UltraRope: این طناب‌ها به دلیل نسبت استحکام به وزن فوق‌العاده بالا، تا ۹۰درصد سبک‌تر از طناب‌های فولادی هستند. این امر امکان حرکت آسانسورها به ارتفاعات بسیار بیشتر (تا ۱۰۰۰ متر)، کاهش اندازه موتور و مصرف انرژی، کاهش نوسان‌های طناب و افزایش عمر مفید آن را فراهم می‌کند.
3. تسمه‌های فولادی با روکش پلی‌یورتان (مانند سیستم Gen2 اوتیس): این تسمه‌ها از سیم‌های فولادی بسیار نازک در یک ماتریس پلی‌یورتان تشکیل شده‌اند. انعطاف‌پذیری بیشتر آن‌ها امکان استفاده از فلکه‌های کششی با قطر کوچک‌تر را فراهم کرده، منجر به موتورهای فشرده‌تر شده و عملکردی نرم‌تر و کم‌صداتر را به همراه دارد.
4. طناب‌های با الیاف آرامید: این الیاف به دلیل استحکام کششی بالا، وزن کم و مقاومت خوب در برابر خستگی و حرارت، به عنوان جایگزینی برای فولاد در برخی کاربردها مطرح هستند.
5. مواد نایلونی مهندسی‌شده برای پولی‌های هرزگرد: جایگزینی پولی‌های فلزی با پولی‌های نایلونی پیشرفته، به کاهش وزن، اصطکاک، نویز و افزایش عمر مفید سیستم تعلیق کمک می‌کند.

1.3- اجزای ایمنی پیشرفته: تضمین امنیت مطلق در هر سفر و در هر شرایطی

برخی از اجزای ایمنی پیشرفته که از جمله پیشرفت‌های هوش مصنوعی آسانسور هستند، عبارتنداز:

• سیستم‌های ترمز چندلایه، هوشمند و با عملکرد بالا: سیستم‌های ترمز مدرن شامل ترمزهای الکترومغناطیسی دیسکی یا کفشکی هستند. در آسانسورهای پرسرعت، از ترمزهای چندمرحله‌ای و کنترل‌شده توسط میکروپروسسورها برای توقف نرم و دقیق استفاده می‌شود. نوآوری‌هایی مانند کفشک‌های ترمز سرامیکی دولایه، عملکرد پایدار در دماهای بالا و سرعت‌های زیاد را تضمین می‌کنند.
• گاورنرها و سیستم‌های ترمز اضطراری مکانیکی (پاراشوت): گاورنر سرعت کابین را پایش کرده و در صورت تجاوز از حد مجاز، سیستم ترمز اضطراری (پاراشوت) را فعال می‌کند که کابین را به طور مکانیکی متوقف می‌سازد. تحقیقات روی «ضربه‌گیرهای هوشمند» با قابلیت جذب بهینه انرژی ضربه در جریان است.
• سیستم‌های حفاظت در برابر زلزله و سایر حوادث طبیعی: حسگرهای تشخیص امواج لرزه‌ای، آسانسور را در صورت وقوع زلزله به نزدیک‌ترین طبقه هدایت کرده و درب‌ها را باز می‌کنند. ریل‌ها و اتصالات نیز برای مقاومت در برابر نیروهای زلزله تقویت می‌شوند.

1.4- نوآوری در طراحی کابین، درب‌ها و چاه آسانسور: بهینه‌سازی فضا، عملکرد و تجربه کاربری

پیشرفت‌های هوش مصنوعی آسانسور منجر به ظهور برخی نوآوری‌ در طراحی کابین، درب‌ها و چاه آسانسور شده است که از جمله آن می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• آسانسورهای دوطبقه (Double-Deck Elevators): این آسانسورها با دو کابین روی هم، ظرفیت جابه‌جایی مسافر را در ساختمان‌های بلند افزایش داده و فضای هسته مرکزی را بهینه می‌کنند.
• سیستم‌های دو کابین مستقل در یک چاه (مانند سیستم TWIN): این فناوری امکان حرکت مستقل دو کابین در یک چاه را فراهم کرده، ظرفیت جابه‌جایی را به طور چشمگیری افزایش داده و زمان انتظار را کاهش می‌دهد.
• طراحی آیرودینامیکی کابین و مدیریت فشار هوا: در آسانسورهای پرسرعت، طراحی آیرودینامیک کابین و سیستم‌های تنظیم فشار، به کاهش مقاومت هوا، مصرف انرژی، نویز و اثر «گرفتگی گوش» کمک می‌کنند.
• مواد سبک‌وزن و پایدار برای کابین و درب‌ها: استفاده از مواد کامپوزیتی پیشرفته، آلیاژهای آلومینیوم سبک و پلاستیک‌های مهندسی‌شده به کاهش وزن کلی کابین و در نتیجه کاهش انرژی مورد نیاز برای حرکت آن کمک می‌کند.
• طراحی‌های خاص مکانیکی و پیکربندی‌های چاه: نوآوری‌ها در پیکربندی‌های چاه و سیستم تعلیق (مانند آسانسورهای MRL با وزنه تعادل در پشت یا سیستم‌های تعلیق ۲:۱) با هدف بهینه‌سازی فضا و توزیع بار انجام می‌شود.

1.5- تکنیک‌های پیشرفته کاهش لرزش و صدا (NVH Control) ارتقای کیفیت سواری

گذار از سیستم‌های غیرفعال به سیستم‌های فعال و تطبیقی: سیستم‌های غیرفعال سنتی دارای سازگاری محدودی با شرایط متغیر هستند. اما در پرتو پیشرفت‌های هوش مصنوعی آسانسور، سیستم‌های فعال با استفاده از حسگرها، الگوریتم‌های کنترل پیشرفته و عملگرها، به طور پویا ویژگی‌های خود را تنظیم کرده و عملکردی هوشمند و بهینه ارائه می‌دهند.

راهنماهای غلتکی کامپیوتری و سیستم‌های میرایی فعال

• راهنماهای غلتکی فعال (Active Roller Guides): این سیستم‌ها با کنترل فعال نیروی تماس و موقعیت غلتک‌ها نسبت به ریل، ناهمواری‌های ریل و نوسان‌های ساختمان را جبران کرده و منجر به سفری بسیار نرم‌تر می‌شوند.
• سیستم‌های تعلیق هوشمند و میرایی فعال (Smart Suspension and Active Damping Systems): با استفاده از مواد هوشمند (آلیاژهای حافظه‌دار شکلی، مواد پیزوالکتریک، سیالات مگنتورئولوژیک)، سختی و میرایی سیستم تعلیق به صورت آنی تنظیم شده و ارتعاشات کابین به طور مؤثر سرکوب می‌شوند.

1.6- بهره‌وری انرژی به عنوان یک اصل در طراحی مکانیکی ذاتی:

• درایوهای احیاکننده انرژی (Regenerative Drives): این سیستم‌ها انرژی جنبشی و پتانسیل کابین را در هنگام ترمز به انرژی الکتریکی تبدیل کرده و به شبکه برق ساختمان بازمی‌گردانند یا ذخیره می‌کنند. این فرایند می‌تواند تا ۷۵درصد در مصرف انرژی آسانسور صرفه‌جویی کند.
• روشنایی LED و حالت‌های آماده به کار هوشمند (Intelligent Standby Modes): استفاده از لامپ‌های LED و حالت‌های آماده به کار هوشمند که تجهیزات غیرضروری را در زمان‌های کم‌تردد خاموش یا به حالت کم‌مصرف درمی‌آورند، نقش مهمی در صرفه‌جویی انرژی ایفا می‌کنند.