Laboratorio de Diagnóstico y Pronóstico de Fallas

Descripción

El laboratorio constituye un espacio académico y de investigación especializado en el diagnóstico y pronóstico de fallas en diversos sistemas y contextos. Orientado al estudio y desarrollo de métodos innovadores, se posiciona en la vanguardia de la predicción de fallas en sistemas complejos y de la toma de decisiones bajo incertidumbre. Su objetivo principal es desarrollar y aplicar metodologías que habiliten operaciones y diseños eficientes y seguros en entornos altamente inciertos. A través de investigación aplicada y desarrollo tecnológico, el laboratorio impulsa la inserción de energías renovables y la electromovilidad, así como aplicaciones en microredes, contribuyendo a soluciones energéticas sostenibles y a una mayor resiliencia de los sistemas de energía.

Una línea distintiva del laboratorio es el desarrollo de modelos multimodales para monitoreo, diagnóstico y pronóstico, capaces de integrar múltiples fuentes de información y capturar la complejidad de la operación real. En el ámbito del monitoreo de vehículos eléctricos, estos enfoques combinan mediciones eléctricas, variables operacionales, telemetría, contexto de ruta, condiciones ambientales y datos de infraestructura, construyendo representaciones más robustas del sistema y mejorando la confiabilidad de la inferencia. Esta capacidad resulta especialmente relevante en electromovilidad urbana, industrial y minera, donde la incertidumbre y la variabilidad operacional son inherentes.

En el contexto de la electromovilidad, el laboratorio desarrolla soluciones para el pronóstico de autonomía (driving range) y el diagnóstico y pronóstico del estado de salud de baterías (SoH), integrando modelos físicos —como circuitos equivalentes y modelos electroquímicos simplificados— con técnicas de inteligencia artificial y métodos probabilísticos. Destaca su experiencia en modelos probabilísticos y filtros bayesianos para inferencia bajo incertidumbre, incluyendo enfoques basados en Kalman (y sus variantes extendidas) y filtros de partículas, aplicados a estimación y pronóstico en tiempo real.

Adicionalmente, el laboratorio aborda problemas de optimización asociados a la operación de sistemas energéticos y flotas eléctricas, tales como ruteo bajo incertidumbre, coordinación de flotas y planificación y dimensionamiento de infraestructura de carga (ubicación, número de cargadores y potencia requerida), con el objetivo de reducir costos y riesgos operacionales. Su labor se fortalece mediante una vinculación activa con la industria y el sector público, junto con un programa permanente de prácticas y tesis articulado con los centros de facultad CASE y AMTC, lo que favorece la formación de capital humano y la validación de desarrollos en entornos reales.

Equipamiento e instrumentos

• Carga programable y fuente de corriente: Keithley (SMU).
  • Marca: Keithley.
  • Modelo: 2460.
  • Función: Esta unidad controla y programa los perfiles de carga y descarga de la celda, actuando como una. Permite una automatización eficiente de los experimentos y realiza mediciones precisas de la corriente y el voltaje de la celda.
• Potenciostato/Galvanostato Autolab PGSTAT302N.
  • Marca: Autolab (Metrohm).
  • Modelo: PGSTAT302N.
  • Función: Este instrumento mide la impedancia electroquímica de la celda a diferentes frecuencias, aplicando un voltaje oscilante bajo. Es crucial para entender las características electroquímicas de la batería sin alterar significativamente su estado de carga.
• Cámara Controlada de Temperatura CSZ ZP-8.
  • Marca: Cincinnati Sub-Zero (CSZ).
  • Modelo: ZP-8.
  • Función: Esta cámara mantiene una temperatura ambiental constante durante los experimentos, controlando condiciones desde -30°C hasta 80°C, para asegurar la fiabilidad y consistencia de los resultados experimentales.
• Fuente de Alimentación Rigol DP832A.
  • Marca: Rigol.
  • Modelo: DP832A.
  • Función: Esta fuente de alimentación energiza y controla otros elementos del sistema, como los relés de 5 voltios, asegurando una operación segura. Actúa como un intermediario para la comunicación y el control energético entre los dispositivos, en particular con la SMU.

Dirección

Tupper 2007, Santiago, Región Metropolitana.

Contacto

Académico responsable: Marcos Orchard (morchard@ing.uchile.cl). Teléfono: +56 2 29784215.

Equipo

Vinculación con el Medio

• En vinculación con el medio, el laboratorio mantiene una relación activa con la industria y el sector público mediante proyectos aplicados y validación en escenarios reales, incluyendo colaboración con actores del ámbito minero e industrial. 
• Además, cuenta con un programa permanente de prácticas profesionales y tesis (pre y postgrado), articulado con el Centro de Aceleración Sostenible de Electromovilidad (CASE) y el Advanced Mining Technology Center (AMTC), que facilita la formación de capital humano, la transferencia tecnológica y el desarrollo de pilotos con impacto directo en la transición energética.

Proyectos asociados al laboratorio

• FONDECYT Project 1250036: “Multimodal Context-aware Prognostic Methods for Informed Real-time Decision-making in Dynamic Systems.” PI: Marcos Orchard (U.Ch). FCFM, Departamento de Ingeniería Eléctrica. Universidad de Chile (2025-2028).
• FONDECYT Project 1250098: “Mutual Information for Representation Learning and Model Drift Detection: Theory, Methods and Applications.” PI: Jorge Silva (U.Ch), Co-PI: Marcos Orchard (U.Ch). FCFM, Departamento de Ingeniería Eléctrica. Universidad de Chile (2025-2028).
• FONDECYT Project 1251306: “Digital-twin-based cyber-attack detection and mitigation methods for modular multilevel converters.” PI: Claudio Burgos (UOH), Co-PI: Marcos Orchard (U.Ch). FCFM, Departamento de Ingeniería Eléctrica. Universidad de Chile (2025-2028).
• FONDECYT Project 1250125: “Advanced Deep Learning Techniques for Domain Generalization in Unsupervised Fault Detection of Industrial Equipment.” PI: Viviana Meruane (U.Ch), Co-PI: Marcos Orchard (U.Ch).FCFM, Departamento de Ingeniería Eléctrica. Universidad de Chile (2025-2028).
• Codelco ODS-16-24 “Electromovilidad en minería subterránea”. Código 4502331036. Convenio de Desarrollo Tecnológico entre Corporación Nacional del Cobre de Chile y FCFM, Universidad de Chile. Director: Javier Ruiz del Solar (Universidad de Chile), Director Alterno: Marcos Orchard (Universidad de Chile) (2024-2026).
• FONDEF IDeA Tecnologías Avanzadas TA24I10053: “AI-based battery state-of-health-aware management operating system for micro e-mobility, e-fleet mission planning and energy back-up,” Director: Gonzalo Díaz (Universidad de Chile), Director Alterno: Jorge Silva (Universidad de Chile), Principal Investigator: Marcos Orchard (Universidad de Chile) (2025-2028).