KR102073810B1 - Method and system for predicting the failure of naval ship propulsion system using machine learning - Google Patents

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KR102073810B1
KR102073810B1 KR1020190089043A KR20190089043A KR102073810B1 KR 102073810 B1 KR102073810 B1 KR 102073810B1 KR 1020190089043 A KR1020190089043 A KR 1020190089043A KR 20190089043 A KR20190089043 A KR 20190089043A KR 102073810 B1 KR102073810 B1 KR 102073810B1
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정성영
손나영
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한화시스템(주)
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Abstract

Provided are a method for predicting a failure of vessel propulsion equipment using machine learning and a system thereof. In order to use an RUL prediction model, characteristics of data are extracted and processed to generate a status indicator through the PCA. By dividing operation areas and standardizing result data for each operation area, the failure of equipment can be predicted based on a learning result input to machine learning.

Description

머신러닝을 이용하여 함정 추진 장비의 고장을 예측하는 방법 및 시스템 { Method and system for predicting the failure of naval ship propulsion system using machine learning }Method and system for predicting the failure of naval ship propulsion system using machine learning}

본 발명은 머신러닝을 이용하여 함정 추진 장비의 고장을 예측하는 방법 및 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 국방기술 분야에서 함정의 실시간으로 변화하는 운용 환경에 대응하여 함정의 추진 장비의 고장 시점 예측에 있어 머신러닝을 활용함으로써 보다 정확한 예측을 가능하게 하기 위한 함정 추진 장비의 고장을 예측하는 방법 및 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a method and system for predicting a failure of a ship propulsion equipment using machine learning, and more particularly, to predict a failure point of a ship propulsion equipment in response to a real-time operating environment of the ship in the defense technology field. The present invention relates to a method and system for predicting failure of ship propulsion equipment to enable more accurate prediction by utilizing machine learning.

함정 자동화 체계에 있어, 통합기관제어체계(ECS; Engineering Control System)는 함이 현대화/자동화 됨에 따라, 국부(Local)에서 별도 제어되었던 장비들을 통합하여 ECS콘솔에서 제어가 가능하게 하는 체계이다. ECS는 함정의 추진, 전력, 보기 및 손상 계통이 네트워크 통신 기반으로 연동되어 있으며, 운용/제어/감시를 통해 함정의 운용성, 전투 성능, 자동화 및 생존성을 극대화한다. In the ship automation system, the Engineering Control System (ECS) is a system that allows the control from the ECS console by integrating the equipment that was separately controlled locally as the ship is modernized / automated. ECS integrates the propulsion, power, view and damage system of the ship based on network communication and maximizes the ship's operability, combat performance, automation and survivability through operation / control / monitoring.

함정 체계의 추진제어기술 중 통합 조건 평가 기술(ICAS; Integrated Condition Assessment System)는 ECS의 6대 기술 요소 중 하나이다. The Integrated Condition Assessment System (ICAS) is one of the six technical elements of ECS.

ICAS는 주요 장비의 치명적인 고장을 방지하고, 장비 운용의 신뢰도를 높이기 위한 기술이다. 함정의 추진 계통, 전력계통, 보기 계통 및 손상 계통의 제어 및 감시기능을 수행한다. 세부 기능으로는 압력, 온도, 진동 등과 같은 장비 운용에 필수적인 성능 데이터 저장 및 전시, 성능 평가를 통한 기관의 경향 분석, 유지 보수 절차 권고 기능, 경보 조건(Alarm condition) 발생 및 전시와 같은 기능을 수행한다. 이 기능들은 크게 고장 상태를 알려주는 진단(알람) 기능과 고장이 일어날 것이라는 예측 기능으로 분류할 수 있다. 현재 ICAS의 수준은 장비에 부착된 센서 측정치를 제공하는 단순 전시 수준이며, 장비의 정비 시점 예측이나 권고 기능은 미비한 상태이다. 추진 장비의 구성품 간 상호작용 복잡성으로 인해 시스템 성능 저하나 고장이 발생하고 있다. 장비의 신뢰성을 확보하고, 함정 가동률 향상 및 인력 절감에 기여하기 위해서는 장비 예측 기능의 확보가 중요하다.ICAS is a technology to prevent critical failures of major equipment and to increase the reliability of equipment operation. Perform control and monitoring of the ship's propulsion system, power system, bogie system and damage system. Detailed functions include storage and display of performance data essential for equipment operation such as pressure, temperature and vibration, analysis of the organization's trend through performance evaluation, recommendations for maintenance procedures, generation and display of alarm conditions. do. These functions can be broadly categorized into diagnostics (alarms) that indicate a fault condition and predictive failures. The current ICAS level is a simple display level that provides sensor measurements attached to the equipment, and the equipment's maintenance forecasts and recommendations are not available. Complex interactions between components of the propulsion equipment are causing system degradation or failure. In order to ensure the reliability of the equipment, contribute to the improvement of vessel operation rate and manpower reduction, it is important to secure the equipment prediction function.

하지만 ICAS는 해외 직도입 또는 기술도입으로 구축되고 있으며, 선진국에서 함정의 준비도 및 가용성 제고를 위한 핵심기술로 분류하여 기술이전을 기피하고 있다. 이 기술은 함정 통합기관제어체계(ECS, Engineering Control System) 국산화 및 함정통합컴퓨팅환경(TSCE, Total Ship Computing Environment) 개발을 위해서 확보해야 할 핵심기술이므로, 국내 개발이 중요하다.However, ICAS is being built by direct or foreign technology introduction, and advanced countries are avoiding technology transfer by classifying it as a core technology for enhancing ship readiness and availability. Since this technology is a core technology to be secured for the localization of the ship's integrated engineering control system (ECS) and the development of the ship's integrated ship computing environment (TSCE), domestic development is important.

공학시스템에서는 ICAS의 확장 개념인 고장 예지 및 건전성관리(PHM, Prognostics and Health Management)라는 용어로 통용되고 있다. PHM은 부품들의 잔존 수명(RUL, Remaining Useful Life)을 예측이 가능해짐으로써, 치명적인 손상이 예상되는 분야, 예방 정비를 함으로써 높은 시간 비용을 지출하고 있는 분야, 수리를 위해 접근하기 어려운 분야에 적용될 수 있다. PHM은 많은 데이터를 처리할 수 있는 머신러닝의 기술이 진보됨에 따라 함께 부각되어, 자동차나 항공, 철도와 같은 고기술 분야에서 관련 연구가 활발히 진행되고 있다.In engineering systems, it is commonly used as the term Prognostics and Health Management (PHM), an extension of ICAS. By predicting the remaining life (RUL) of parts, PHM can be applied to areas where fatal damage is expected, areas where high cost is spent by preventive maintenance, and areas that are inaccessible for repair. have. PHM has emerged as the advances in machine learning that can process a lot of data have been actively studied in high technology fields such as automotive, aviation and railway.

현재 ECS의 ICAS는 ABB의 예측 기술은 개별 센서값의 추세선 역할에 그치며, 센서값 하나에 대한 평균 값을 보여줌으로써 고장 판단에 대한 신뢰성이 낮고, 승조원이 직접 센서값을 조합하여 유지 보수를 판단하게 되어 승조원 능력에 따라 고장 판단이 상이하다는 한계점이 있다.At present, ECS's ICAS shows that ABB's predictive technology is only a trendline for individual sensor values, showing an average value for one sensor value, making it less reliable for fault determination and allowing the crew to directly combine sensor values to determine maintenance. As a result, there is a limit that the failure judgment is different depending on the ability of the crew.

따라서 이러한 ICAS 예측가능성 확보를 위한 필요 기술 및 절차에 대한 연구가 필요하다. Therefore, research on necessary technologies and procedures for securing ICAS predictability is necessary.

전술한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, ICAS의 핵심 기술을 확보하기 위해 잔여수명추정 알고리즘을 적용하는 등 머신러닝을 활용하고, 추진 장비의 고장을 예측함에 있어 실시간으로 변화하는 운용 환경의 영향 성분을 최소화하여 상태표시기의 정확도를 높임으로서 주요 장비의 치명적인 고장을 사전에 방지하여 장비의 가용성을 증대시키며, 또한 고장 예측을 정비 인력의 역량에 맡기기보다 정량적 수치 지표에 따름으로써 신뢰도를 확보하여 시스템 유지비용을 절감하는 데 있다. The technical problem to be solved by the present invention to solve the above problems is to utilize the machine learning, such as applying a residual life estimation algorithm to secure the core technology of ICAS, and to change in real time in predicting the failure of the propulsion equipment By increasing the accuracy of the status indicators by minimizing the influence of the operating environment, it is possible to prevent major catastrophic failures in advance and increase the availability of the equipments. To reduce system maintenance costs.

본 발명의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problem of the present invention is not limited to those mentioned above, and other problems that are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 실시예에 따르면, 머신 러닝 알고리즘을 이용한 함정 추진장비 고장 예측 방법은, 함정 추진체계에 통합 조건 평가 계통(ICAS)을 적용함에 있어서, 함정 추진체계의 센서에서 원시 데이터를 수집하는 단계; 상기 원시 데이터를 전처리(Pre-processing)하는 단계; 상기 전처리된 데이터로부터 특징을 생성하여 상태표시기를 만드는 특징 엔지니어링(Feature Engineering) 단계; 상기 특징을 머신러닝 알고리즘에 입력하여 잔존 유효 수명(RUL) 예측 모델을 생성하는 단계;를 포함한다. As a means for solving the above technical problem, according to an embodiment of the present invention, the method of predicting the failure of the ship propulsion equipment using the machine learning algorithm, in applying the integrated condition evaluation system (ICAS) to the ship propulsion system, Collecting raw data at a sensor of the system; Pre-processing the raw data; A feature engineering step of generating a status indicator by generating a feature from the preprocessed data; And inputting the feature into a machine learning algorithm to generate a residual life expectancy (RUL) prediction model.

원시 데이터는, 상기 함정 추진체계의 센서로부터 실시간으로 수집된 온도, 압력, 출력, 토크, 회전수, 진동수를 포함하고, 수집하는 단계는, 상기 원시 데이터 중 운용 환경 데이터를 입력값, 결과 데이터를 출력값으로 구분한다. The raw data includes temperature, pressure, output, torque, rotational speed, and frequency collected in real time from a sensor of the ship propulsion system, and the collecting step includes inputting an operation value and result data from the raw data. Separate by output value.

여기서 운용 환경 데이터는 외기 온도, 외기 압력, 추진 레버를 포함하고, 결과 데이터는 엔진 배기온도, 엔진 토크, 엔진 진동, 추진축계 진동을 포함한다. The operating environment data here includes outside temperature, outside pressure and propulsion lever, and the resulting data includes engine exhaust temperature, engine torque, engine vibration and propulsion shaft vibration.

전처리하는 단계는, 운용환경에 대한 영향을 상쇄시키기 위해 수집된 데이터를 통합(intergration), 변환(transformation), 정리(reduction), 정제(cleaning) 중 어느 하나 이상의 것을 수행한다. The preprocessing step performs one or more of the following: integration, transformation, reduction, and cleaning of the collected data to counteract the impact on the operating environment.

전처리하는 단계는, 상기 추출된 특징 정보에 대하여 K-means 알고리즘을 적용하여 데이터를 군집화 하여 운용 구역을 구분하는 단계; 상기 운용 구역별 데이터의 중심점을 계산하는 단계; 상기 운용 구역에 해당하는 결과 데이터를 데이터 중심점을 기준으로 표준화하는 단계; 상기 표준화된 결과 데이터를 통해 학습용 데이터를 생성하는 단계;를 수행한다.The preprocessing step may include applying a K-means algorithm to the extracted feature information to cluster data to classify an operation region; Calculating a center point of the data for each operation zone; Normalizing the result data corresponding to the operation area based on a data center point; And generating training data through the standardized result data.

특징 엔지니어링하는 단계는, 상기 전처리된 데이터를 이용하여 특징을 추출(Feature Extraction)하는 단계; 상기 추출된 특징 중에서 (개발자가) 유의미하다고 인정되는 기준에 따른 특징을 선택(Preprocessing Data)하는 단계; 상기 선택된 특징을 융합하는 주성분 분석(PCA ; Principal Component Analysis)을 거쳐 시간에 따른 장비의 상태(Health Indicator)를 표현하는 상태표시기를 생성(설계)하는 단계;를 포함한다.The feature engineering may include: extracting a feature using the preprocessed data; Selecting (preprocessing data) a feature based on a criterion recognized by the developer (developer) from the extracted features; And generating (designing) a status indicator representing a health indicator of a device over time through a principal component analysis (PCA) that fuses the selected feature.

모델을 생성하는 단계는, RUL 추정 모델으로 시간에 따른 열화 누적으로 지수함수 평가모델을 선택하는 것으로 한다. The generating of the model may include selecting an exponential function evaluation model based on a cumulative deterioration with time as the RUL estimation model.

모델을 생성하는 단계는, 상기 상태표시기를 통해 도출된 시간에 따른 장비의 상태를 Health Indicator로 하여 상기 Health Indicator를 머신러닝을 사용한 RUL 예측 알고리즘에 적용하여 학습한 결과에 따라 실시간으로 고장 시점을 예측한다.The generating of the model includes predicting a failure point in real time according to a learning result by applying the health indicator to a RUL prediction algorithm using machine learning using the state of the equipment according to time derived through the state indicator as a health indicator. do.

한편 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 머신 러닝 알고리즘을 이용한 함정 추진장비 고장 예측 시스템은 함정 추진체계에 통합 조건 평가 계통(ICAS)을 적용함에 있어서, 함정 추진체계의 센서로부터 원시 데이터를 수집하는 수집부; 상기 원시 데이터를 전처리(Pre-processing)하는 전처리부; 상기 전처리된 데이터로부터 특징을 생성하여 상태표시기를 만드는 특징 엔지니어링(Feature Engineering)부; 상기 특징을 머신러닝 알고리즘에 입력하여 잔존 유효 수명(RUL) 예측 모델을 생성하는 모델링부;를 포함한다. On the other hand, according to another embodiment of the present invention, the trap propulsion equipment failure prediction system using the machine learning algorithm in collecting the raw data from the sensor of the ship propulsion system in applying the integrated condition evaluation system (ICAS) to the ship propulsion system part; A pre-processing unit for pre-processing the raw data; A feature engineering unit to generate a feature from the preprocessed data; And a modeling unit configured to input the feature into a machine learning algorithm to generate a residual life expectancy (RUL) prediction model.

원시 데이터는, 상기 함정 추진체계의 센서로부터 실시간으로 수집된 온도, 압력, 출력, 토크, 회전수, 진동수를 포함하고, 수집부는, 상기 원시 데이터 중 운용 환경 데이터를 입력값, 결과 데이터를 출력값으로 구분한다.The raw data includes temperature, pressure, output, torque, rotational speed, and frequency collected in real time from a sensor of the ship propulsion system, and the collection unit includes operating environment data among the raw data as input values and result data as output values. Separate.

여기서 운용 환경 데이터는 외기 온도, 외기 압력, 추진 레버를 포함하고, 결과 데이터는 엔진 배기온도, 엔진 토크, 엔진 진동, 추진축계 진동을 포함한다. The operating environment data here includes outside temperature, outside pressure and propulsion lever, and the resulting data includes engine exhaust temperature, engine torque, engine vibration and propulsion shaft vibration.

전처리부는, 운용환경에 대한 영향을 상쇄시키기 위해 수집된 데이터를 통합(intergration), 변환(transformation), 정리(reduction), 정제(cleaning) 중 어느 하나 이상의 것을 수행한다.The preprocessing unit performs one or more of integration, transformation, reduction, and cleaning of the collected data to offset the impact on the operating environment.

전처리부는, 상기 추출된 특징 정보에 대하여 K-means 알고리즘을 적용하여 데이터를 군집화 하여 운용 구역을 구분하는 단계; 상기 운용 구역별 데이터의 중심점을 계산하는 단계; 상기 운용 구역에 해당하는 결과 데이터를 데이터 중심점을 기준으로 표준화하는 단계; 상기 표준화된 결과 데이터를 통해 학습용 데이터를 생성하는 단계;를 수행한다.Pre-processing unit, applying the K-means algorithm to the extracted feature information to cluster the data to distinguish the operating area; Calculating a center point of the data for each operation zone; Normalizing the result data corresponding to the operation area based on a data center point; And generating training data through the standardized result data.

특징 엔지니어링부는, 상기 전처리된 데이터를 이용하여 특징을 추출(Feature Extraction)하는 특징추출부; 상기 추출된 특징 중에서 (개발자가) 유의미하다고 인정되는 기준에 따른 특징을 선택(Preprocessing Data)하는 특징선택부; 상기 선택된 특징을 융합하는 주성분 분석(PCA ; Principal Component Analysis)을 거쳐 시간에 따른 장비의 상태(Health Indicator)를 표현하는 상태표시기를 생성(설계)하는 상태표시기 생성부;를 포함한다.The feature engineering unit may include: a feature extraction unit for extracting a feature using the preprocessed data; A feature selector configured to select a feature based on a criterion recognized by the developer from the extracted features (preprocessing data); And a status indicator generator for generating (designing) a status indicator representing a health indicator of a device over time through a principal component analysis (PCA) that fuses the selected feature.

모델링부는, RUL 추정 모델으로 시간에 따른 열화 누적으로 지수함수 평가모델을 선택하는 것으로 한다.The modeling unit selects an exponential function evaluation model based on deterioration accumulation over time as the RUL estimation model.

모델링부는, 상기 상태표시기를 통해 도출된 시간에 따른 장비의 상태를 Health Indicator로 하여 상기 Health Indicator를 머신러닝을 사용한 RUL 예측 알고리즘에 적용하여 학습한 결과에 따라 실시간으로 고장 시점을 예측한다.The modeling unit predicts a failure point in real time according to a learning result by applying the health indicator to the RUL prediction algorithm using machine learning using the state of the equipment according to the time derived through the state indicator as the health indicator.

본 발명에 따르면, According to the invention,

ICAS의 핵심 기술을 확보하기 위해 잔여수명추정 알고리즘을 적용하는 등 머신러닝을 활용하고, 추진장비의 고장을 예측함에 있어 실시간으로 변화하는 운용환경의 영향 성분을 최소화하여 상태표시기의 정확도를 높임으로서 주요 장비의 치명적인 고장을 사전에 방지하여 장비의 가용성을 증대시키며, 또한 고장 예측을 정비 인력의 역량에 맡기기보다 정량적 수치 지표에 따름으로써 신뢰도를 확보하여 시스템 유지비용을 절감할 수 있다.In order to secure the core technology of ICAS, it utilizes machine learning such as applying residual life estimation algorithm and increases the accuracy of the status indicator by minimizing the effect component of the operating environment that changes in real time in predicting the failure of propulsion equipment. Prevent equipment from catastrophic failures in advance to increase the availability of the equipment, and reduce system maintenance costs by ensuring reliability by quantitative numerical indicators rather than leaving failure predictions to the capacity of maintenance personnel.

본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to those mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

도 1은 국방기술조사서에 따른 기술수준 분석도,
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 머신러닝을 이용하여 함정의 추진 장비의 고장을 예측하는 방법을 도시하는 흐름도,
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 고장 예측 방법 중 도 2의 전처리, 특징 엔지니어링 및 모델링 단계의 세부 단계 흐름도,
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 머신러닝을 이용하여 함정의 추진 장비의 고장을 예측하는 시스템을 도시하는 구성도,
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 운용 구역 선택 예시도이다.
1 is a technical level analysis chart according to the Defense Technology Survey;
2 is a flowchart illustrating a method for predicting a failure of propulsion equipment of a ship using machine learning according to an embodiment of the present invention;
3 is a flowchart illustrating detailed steps of the preprocessing, feature engineering, and modeling steps of FIG. 2 in a failure prediction method according to an embodiment of the present invention;
4 is a block diagram showing a system for predicting the failure of the propulsion equipment of the ship using machine learning according to an embodiment of the present invention;
5 is an exemplary view illustrating an operation zone selection according to an embodiment of the present invention.

이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시 예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려 여기서 소개되는 실시 예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록, 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.Objects, other objects, features and advantages of the present invention will be readily understood through the following preferred embodiments associated with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosure may be made thorough and complete, and to fully convey the spirit of the present invention to those skilled in the art.

본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 구성요소들을 기술하기 위해서 사용된 경우, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시 예들은 그것의 상보적인 실시 예들도 포함한다.Where the terms first, second, etc. are used herein to describe the components, these components should not be limited by these terms. These terms are only used to distinguish one component from another. The embodiments described and illustrated herein also include complementary embodiments thereof.

또한, 어떤 엘리먼트, 구성요소, 장치, 또는 시스템이 프로그램 또는 소프트웨어로 이루어진 구성요소를 포함한다고 언급되는 경우, 명시적인 언급이 없더라도, 그 엘리먼트, 구성요소, 장치, 또는 시스템은 그 프로그램 또는 소프트웨어가 실행 또는 동작하는데 필요한 하드웨어(예를 들면, 메모리, CPU 등)나 다른 프로그램 또는 소프트웨어(예를 들면 운영체제나 하드웨어를 구동하는데 필요한 드라이버 등)를 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다. In addition, when an element, component, apparatus, or system is referred to as including a component made up of a program or software, the element, component, apparatus, or system may be executed by the program or software even if there is no explicit mention. Or hardware (e.g., memory, CPU, etc.) or other programs or software (e.g., an operating system or drivers required to run the hardware, etc.) needed to operate.

또한 본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. Also, the terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. In this specification, the singular also includes the plural unless specifically stated otherwise in the phrase. As used herein, the words 'comprises' and / or 'comprising' do not exclude the presence or addition of one or more other components.

아래의 특정 실시 예들을 기술하는 데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. In describing the specific embodiments below, various specific details are written to more specifically explain and help understand the invention. However, a person of ordinary skill in the art can understand that the present invention can be used without these various specific contents.

어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는 데 있어 별 이유 없이 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급 해둔다. In some cases, it is mentioned in advance that parts of the invention that are commonly known in the description of the invention and which are not highly related to the invention are not described in order to prevent confusion in explaining the invention without cause.

이하, 본 발명에서 실시하고자 하는 구체적인 기술 내용에 대해 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, specific technical contents to be implemented in the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 국방기술조사서에 따른 기술수준 분석도로, 2013년 기준 ECS(통합기관제어체계, Engineering Control System) 기술 중 생존성 기술(BDCS)과 추진 기술(IPMS, OBTS)의 기술수준은 전투체계 기술수준에 비하여 현저히 낮은 것을 볼 수 있다. 이 중 추진 기술에 속하는 통합 조건 평가 기술(ICAS; Intergrated Condition Assessment System)에 대한 발명이다. 공학시스템의 예측 유지보수방안 중 하나로 잔존 수명 추정(RUL, Remaining Useful Life) 알고리즘을 활용하기로 한다. 1 is a technical level analysis diagram according to the Defense Technology Survey, and the technical level of the survivability technology (BDCS) and the propulsion technology (IPMS, OBTS) among the ECS (Engineering Control System) technology as of 2013 is the combat system technology. It can be seen that it is significantly lower than the level. Among these, the invention is an integrated condition assessment system (ICAS) that belongs to the propulsion technology. As one of the predictive maintenance methods of the engineering system, we will use the Remaining Useful Life (RUL) algorithm.

의료, 자동차, 우주항공 및 제조와 같은 다양한 산업분야에서 잔여수명추정 기술을 포함한 예측 정비를 도입하고 있으며, 예측 정비 중 RUL기술은 미래에 대한 정량적 예측을 만드는 기술이다. RUL기술은 크게 데이터분석을 통해 상태표시기를 만드는 기술과 시스템에 맞는 RUL 평가 모델을 만드는 기술로 구분된다고 볼 수 있다. 함정 추진 장비 고장 예측을 위해서는 장비 상태표시기(Health Indicator)를 수학적으로 도출해야 한다. 상태표시기는 특정 고장에 주요한 영향을 미치는 함정 추진 장비의 센서 데이터(온도, 압력, 출력, 토크, 회전수, 진동 등)을 PCA(차원감소) 하여 계산한다. 그러나, 함정의 운용 특성상 추진장비의 센서 데이터는 운용환경(사용자 입력 Lever Position, 외기 온도, 외기 압력등)에 따라 변화하므로 원본 데이터를 그대로 사용할 경우 상태표시기의 정확도가 매우 떨어진다는 문제가 있다. 따라서, 운용환경의 영향 성분을 최소화하기 위해 함정 추진장비 고장예측용 운용환경 영향 제거 알고리즘을 이용하여 운용 구역을 구분하고, 이에 따른 센터 데이터를 재정립할 필요가 있다. 구체적으로는 아래와 같다. Various industries, such as medical, automotive, aerospace, and manufacturing, are introducing predictive maintenance, including residual life estimation technology. During predictive maintenance, RUL technology makes quantitative forecasts for the future. RUL technology can be divided into technology to make status indicator through data analysis and technology to make RUL evaluation model suitable for system. To predict ship propulsion equipment failures, a health indicator must be derived mathematically. Status indicators are calculated by PCA (dimension reduction) of the sensor data (temperature, pressure, output, torque, rotational speed, vibration, etc.) of the ship propulsion equipment that have a major impact on a particular failure. However, due to the operational characteristics of the ship, the sensor data of the propulsion equipment changes according to the operating environment (user input lever position, outside temperature, outside pressure, etc.). Therefore, in order to minimize the impact components of the operating environment, it is necessary to classify the operating zones by using the operating environment impact removal algorithm for predicting the failure of the ship propulsion equipment and reorganize the center data accordingly. Specifically, it is as follows.

도 2는 본 발명의 실시예에 의한 머신러닝을 이용하여 함정의 추진 장비의 고장을 예측하는 방법을 도시하는 흐름도, 도 4는 본 발명의 실시예에 의한 머신러닝을 이용하여 함정의 추진 장비의 고장을 예측하는 시스템을 도시하는 구성도이다. 2 is a flowchart illustrating a method of predicting a failure of a propulsion equipment of a ship using machine learning according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a flowchart of a propulsion equipment of a ship using machine learning according to an embodiment of the present invention. It is a block diagram which shows the system which predicts a failure.

머신러닝을 이용하여 함정 추진 장비의 고장을 예측하는 방법은 도시된 바와 같이 수집부(210)에서 함성의 추진체계의 센서로부터 원시 데이터를 수집하는 단계(S110)에서 시작한다. 특정 고장에 대한 추진체계의 센서로부터 외기 온도, 외기 압력, 추진 레버, 엔진 배기온도, 엔진 토크, 엔진 진동, 추진 축계 진동 등 복수의 데이터를 수집한다. 추진체계 센서로부터 수집하는 데이터의 예시는 [표 1]과 같다. The method of predicting the failure of the ship propulsion equipment using machine learning starts at step S110 of collecting raw data from the sensors of the propulsion system of the shrine in the collecting unit 210 as shown. It collects a plurality of data such as outside temperature, outside pressure, propulsion lever, engine exhaust temperature, engine torque, engine vibration and propulsion shaft vibration from sensors of the propulsion system for a specific failure. Examples of data collected from propulsion system sensors are shown in Table 1.

시간(s)Time (s) 외기 온도Outside temperature 외기 압력Outside pressure 추진레버Propulsion lever 엔진 배기온도Engine exhaust temperature 엔진 토크Engine torque 엔진 진동Engine vibration 추진축계 진동Propulsion Shaft Vibration 1One 3030 1.081.08 33 400400 5050 1010 1111 22 3030 1.091.09 3.13.1 410410 5252 1010 1111 33 3131 1.091.09 3.33.3 410410 5858 1111 1212 44 3131 1.091.09 3.83.8 430430 6262 1212 1313 55 3030 1.081.08 3.83.8 440440 6565 1515 1515 66 3030 1.081.08 44 450450 6666 1616 1717

데이터 베이스, 스프레드 시트와 같은 형식의 데이터를 수집하며, 분석을 위한 데이터 구성이 적절한지 판단한다. 적절한지 판단하는 데이터 구성에는 데이터의 타임스탬프, 크기, 수 등이 가능하다.Collect data in the form of databases, spreadsheets, etc., and determine if the data is suitable for analysis. The data configuration to determine whether it is appropriate may be the time stamp, size, number, etc. of the data.

이러한 수집하는 단계(S110)에서는 수집한 원시 데이터 중 운용 환경 데이터를 입력값, 결과 데이터를 출력값으로 구분한다. 이러한 데이터 구분에 대한 예시는 [표 2]에서처럼 외기 온도, 외기 압력, 추진 레버 값을 입력(파란색)값으로, 엔진 배기 온도, 엔진 토크, 엔진 진동, 추진 축계 진동 값을 출력(빨간색)값으로 구분할 수 있다. In the collecting step S110, the operation environment data among the collected raw data is divided into an input value and a result data. An example of such data classification is the input of the outside temperature, outside pressure and propulsion lever value (blue) as shown in [Table 2], and the engine exhaust temperature, engine torque, engine vibration, and propulsion shaft vibration values are output (red) values. Can be distinguished.

시간(s)Time (s) 외기 온도Outside temperature 외기 압력Outside pressure 추진레버Propulsion lever 엔진 배기온도Engine exhaust temperature 엔진 토크Engine torque 엔진 진동Engine vibration 추진축계 진동Propulsion Shaft Vibration 1One 3030 1.081.08 33 400400 5050 1010 1111 22 3030 1.091.09 3.13.1 410410 5252 1010 1111 33 3131 1.091.09 3.33.3 410410 5858 1111 1212 44 3131 1.091.09 3.83.8 430430 6262 1212 1313 55 3030 1.081.08 3.83.8 440440 6565 1515 1515 66 3030 1.081.08 44 450450 6666 1616 1717

다음으로, 이처럼 수집된 원시 데이터를 전처리부(220)에서 전처리한다(S120). 전처리는 수집된 데이터를 분석 및 처리에 적합한 형식으로 변환하는 것으로, 함정의 다양한 운용 환경의 영향을 감쇄 시키기 위한 데이터 전처리가 필요하다. 클러스터링된 데이터 집단들을 표준화 및 정규화를 통해 운용 환경의 영향을 상쇄시킬 수 있다. Next, the raw data collected in this way is pre-processed in the preprocessor 220 (S120). Preprocessing is the transformation of collected data into a format suitable for analysis and processing, which requires data preprocessing to attenuate the impact of the various operating environments of the ship. Standardization and normalization of clustered data populations can offset the impact of the operational environment.

도 3은 본 발명의 실시예에 의한 고장 예측 방법 중 도 2의 전처리, 특징 엔지니어링 및 모델링 단계의 세부 단계 흐름도이다. 데이터 전처리 과정에는 데이터 통합(intergration), 변환(transformation), 정리(reduction), 정제(cleaning) 등의 과정이 포함될 수 있다. FIG. 3 is a detailed flowchart of the preprocessing, feature engineering, and modeling steps of FIG. 2 in a failure prediction method according to an exemplary embodiment of the present invention. Data preprocessing may include data integration, transformation, reduction, and cleaning.

일반적인 데이터 전처리에서는 이상값 제거, 누락된 데이터 대체, 필터를 이용한 노이즈 제거와 같이 데이터 분석에 앞서 데이터 처리가 이루어진다. 함정으로부터 수집된 데이터는 운용환경이 다양한 조건에서 수집되었기 때문에 고장에 대한 영향을 분석하기 위해서는 운용환경에 대한 영향을 상쇄시켜줘야 한다.In general data preprocessing, data processing is performed prior to data analysis such as outlier removal, missing data replacement, and noise removal using a filter. Since the data collected from the ship was collected under various conditions, it is necessary to offset the impact on the operating environment in order to analyze the effects on the failure.

도 5는 본 발명의 실시예에 의한 운용 구역 선택 예시도이다. 도 5-(a)에 도시된 바와 같이 먼저 수집된 데이터에 대하여 K-means 알고리즘을 이용하여 운용 환경 데이터가 포함된 특징을 운용 구역으로 구분한다(S121). 불필요한 데이터인 작동 조건을 제거하기 위해, k-means 를 적용하여 데이터를 클러스터링(군집화)하는 것이다. 이후 도 5-(b)에 도시된 바와 같이 운용 구역별 데이터의 중심점을 계산하여(S122), 운용 구역별 중심점을 기준으로 그 운용 구역에 해당하는 결과 데이터를 표준화(Standardization)(S123)한다. 클러스터링된 데이터 그룹(운용 구역)별로 표준화를 통해 그룹별 정상에 대해 이상 상태율을 계산하는 것이다. 각 이상상태율을 정규화하여 작동 조건에 따른 영향을 없애고, 서로 다른 기준의 센서 데이터를 획일적으로 비교할 수 있도록 한다.5 is an exemplary view illustrating an operation zone selection according to an embodiment of the present invention. As shown in Fig. 5 (a), the characteristics including the operation environment data are classified into the operation zones by using the K-means algorithm for the data collected first (S121). In order to eliminate the operating condition which is unnecessary data, k-means is applied to cluster the data. Subsequently, as shown in FIG. 5- (b), the center point of the data for each operation area is calculated (S122), and standardized result data corresponding to the operation area based on the center point for each operation area (S123). Normalization of each clustered data group (operational zone) is used to calculate the abnormal state rate for the normal for each group. Each abnormality rate is normalized to eliminate the effects of operating conditions and to uniformly compare sensor data from different criteria.

데이터 표준화에 사용되는 수식은 [표 3]과 같다.  The formula used for data normalization is shown in [Table 3].

수식 :

Figure 112019075664754-pat00001
(
Figure 112019075664754-pat00002
: 요소값,
Figure 112019075664754-pat00003
: 전체 데이터 평균,
Figure 112019075664754-pat00004
: 전체 데이터 표준편차)Equation :
Figure 112019075664754-pat00001
(
Figure 112019075664754-pat00002
: Element value,
Figure 112019075664754-pat00003
: Overall data average,
Figure 112019075664754-pat00004
: Total data standard deviation)

이처럼 운용 구역별 각 데이터에 대하여 표준화를 진행함으로써 구역별 스케일 차이를 제거한다. In this way, standardization is performed on each data of each operation area to remove the scale difference of each area.

표준화된 결과 데이터를 통해 학습용 데이터를 생성하여(S124), 이러한 학습용 데이터를 이후 머신러닝에 입력하여 학습 결과에 따라 함정 추진 장비의 고장을 예측(S142)하는 RUL 알고리즘을 수행에 활용한다. 상기 [표 1], [표 2]의 예시를 기준으로 출력 데이터를 표준화한 결과는 [표 4]에 나타난 바와 같다.  The training data is generated through the standardized result data (S124), and the training data is then input to machine learning to utilize the RUL algorithm for predicting the failure of the trap propulsion equipment according to the learning result (S142). The results of standardizing the output data based on the examples of [Table 1] and [Table 2] are as shown in [Table 4].

시간(s)Time (s) 엔진 배기온도Engine exhaust temperature 엔진 토크Engine torque 엔진 진동Engine vibration 추진축계 진동Propulsion Shaft Vibration 1One -1.29987-1.29987 -1.44301-1.44301 -0.98995-0.98995 -0.98837-0.98837 22 -0.74278-0.74278 -1.11629-1.11629 -0.98995-0.98995 -0.98837-0.98837 33 -0.74278-0.74278 -0.13613-0.13613 -0.56569-0.56569 -0.5322-0.5322 44 0.3713910.371391 0.5173060.517306 -0.14142-0.14142 -0.07603-0.07603 55 0.9284770.928477 1.0073861.007386 1.1313711.131371 0.8363150.836315 66 1.4855631.485563 1.1707451.170745 1.5556351.555635 1.7486581.748658

특징 엔지니어링부(230)는 전처리된 데이터로부터 특징(feature)을 생성하여 상태표시기를 만들어내는 특징 엔지니어링(S130)을 거친다. 특징 엔지니어링(Feature Engineering)은 초기 데이터로부터 특징을 가공하고 생성하는 과정으로, 잔여수명추정에 필수적인 상태표시기(Health Indicator)를 생성하는 단계이다. The feature engineering unit 230 undergoes feature engineering (S130) to generate a feature from the preprocessed data. Feature engineering is a process of processing and generating features from initial data, and is a step of generating a health indicator essential for estimating remaining life.

잔여수명예측 모델에 미치는 영향이 크기 때문에 전문성과 많은 시간을 필요로 한다. 이 단계 결과 상태 표시기(Health Indicator)가 만들어지며, 이는 잔여 수명 예측 모델의 입력 함수가 된다. 특징 엔지니어링의 첫 단계는 기존의 데이터를 사용하여 정보를 추가하는 특징 추출(Feature Extraction)(S131)로, 원시 데이터를 머신러닝 알고리즘에 적합한 데이터로 변환하는 부분이다. 예를 들어 데이터의 평균, 첨도, 왜도와 같은 특징 들을 포함한다. 특징 엔지니어링의 두 번째 단계는 추출된 특징 중에서 개발자가 랭킹을 통해 선택하는 특징 선택(Preprocess Data)(S132)하는 단계이다. 추출한 복수 개의 특징들을 모두 상태 표시기로 사용하기에는 차원이 너무 크기 때문에 특징 선택을 진행한다. 개발자가 사용할 기준을 정하여 해당하는 특징을 분석에 사용한다. 이 단계에서는 고장에 큰 영향을 미치는 중요한 센서의 경우 센서 자체가 특징으로 선택될 수 있다. The impact on residual life expectancy models is significant and requires a lot of expertise and time. This step results in a health indicator, which becomes the input function of the remaining life prediction model. The first step in feature engineering is feature extraction (S131), which adds information using existing data, and converts raw data into data suitable for machine learning algorithms. For example, it includes features such as the mean, kurtosis, and skewness of the data. The second step of feature engineering is a step of selecting feature (Preprocess Data) (S132) that the developer selects through ranking among the extracted features. The feature selection is performed because the dimension is too large to use all the extracted features as the status indicator. Set the criteria to be used by the developer and use the corresponding features in the analysis. At this stage, the sensor itself can be selected as a feature for critical sensors that have a significant impact on failure.

특징 엔지니어링의 세 번째 단계는 상태표시기 생성 단계(S133)이다. 이 때에는 이전 단계에서 선택된 특징을 융합하는 주성분 분석(PCA, Principal Component Analysis)이 이루어지는데, 이는 장비의 상태를 나타내는 상태 표시기의 구성요소로, 사용자에게 직관적인 그래프를 제공하기 위해 전체 data-set을 표현할 수 있도록 복수의 특징들을 융합하여 상태표시기를 생성(S133)하는 것이다. 이전 단계에서 복수 개의 특징을 선택한 경우 복수 개의 특징을 모두 시간에 따른 그래프로 표현하게 되면 다차원의 그래프가 그려지므로(예를 들어 특징 추출 단계에서 15개의 특징을 추출하여 그 중에서 5개의 특징을 선택할 경우 그래프는 5차원의 그래프가 필요하다) 사용자가 현재 주요 장비의 상태를 파악하기 어려워진다. 따라서 복수 개의 선택된 특징들을 표현할 수 있으면서, 1차원으로 특징을 융합하기 위해 상태표시기를 만드는 것이며, 이 기술을 주성분 분석이라고 일컫는다. 시간에 따른 상태표시기 값을 이용해 RUL을 예측하기 위해 monotonicity의 기능을 사용해 상태표시기 값을 식별한다.The third step of feature engineering is the status indicator generation step (S133). In this case, Principal Component Analysis (PCA), which fuses the features selected in the previous step, is a component of a status indicator that indicates the state of the equipment, and the entire data set is provided to provide an intuitive graph to the user. In operation S133, a plurality of features are fused to express the status indicator. If you select multiple features in the previous step, if you represent all of them as a graph over time, a multidimensional graph is drawn (for example, if you extract 15 features and select 5 of them from the feature extraction step), The graph needs a five-dimensional graph) It is difficult for the user to understand the current state of the main equipment. Therefore, it is possible to express a plurality of selected features, and to create a status indicator to fuse the features in one dimension. This technique is called principal component analysis. Use the function of monotonicity to identify the status indicator value to predict the RUL using the status indicator value over time.

모델링부(240)는, 이전 단계에서 선택되어 융합되어 상태표시기로 나타난 특징을 머신러닝 알고리즘에 입력하여 잔존 유효 수명(RUL) 예측 모델을 생성하는 모델링(S140)을 거친다. RUL 분석은 시스템이나 데이터의 분석을 통해 잔여 수명 추정 모델을 정하는데, 상태 표시기 값의 시간 변화 또는 통계적 특성을 기반으로 추정을 수행할 수 있는 모델을 개발하여 시스템의 잔여 유효 수명을 추정한다. 일반적으로 공학시스템에서는 시간에 따른 열화가 누적되어 시스템 오류가 발생하기 때문에 잔여유효수명 평가 모델을 지수함수로 선택한다. 본 발명의 실시예에서는 시간에 따른 열화누적으로 지수함수 평가 모델을 선택(S141)할 수 있다. 이러한 지수함수 평가 모델은 데이터를 업데이트하여 실시간 RUL 예측(S142)이 가능하다. 모델링 단계에서는 이전의 상태 표시기 생성 단계(S133)에서 표시된 장비의 상태(Indicator)를 머신러닝을 사용한 RUL 예측 알고리즘에 적용하여 실시간으로 고장 시점을 예측한다. 함정은 독립된 시스템으로 운용되기 때문에 실시간 데이터에 따른 잔여유효수명 예측이 가능해야 한다. Matlab에서 제공하는 지수함수 평가모델의 경우 데이터의 실시간 업데이트가 가능하여, 잔여유효수명 또한 실시간 예측이 가능하다.  The modeling unit 240 undergoes modeling (S140) of generating a residual valid life (RUL) prediction model by inputting a feature selected in the previous step and fused to the machine learning algorithm. RUL analysis establishes a residual life estimation model by analyzing a system or data, and develops a model that can perform estimation based on time variation or statistical characteristics of status indicator values to estimate the remaining useful life of a system. In general, in engineering systems, the residual life expectancy evaluation model is selected as an exponential function because deterioration over time accumulates system errors. In an embodiment of the present invention, an exponential function evaluation model may be selected (S141) due to deterioration over time. Such an exponential function evaluation model updates the data to enable real-time RUL prediction (S142). In the modeling step, a failure point is predicted in real time by applying the indicator of the equipment displayed in the step S133 generation step S133 to a RUL prediction algorithm using machine learning. Since the ship operates as an independent system, it should be possible to predict the remaining useful life based on real-time data. The exponential function evaluation model provided by Matlab enables real-time updating of data, so that the remaining useful life can also be estimated in real time.

ICAS의 확장 개념인 고장예지 및 건전성관리(PHM, Prognostics and Health Management)에 있어 부품들의 잔존수명(RUL, Remaining Useful Life)을 예측하여 적용할 수 있다. PHM기술은 많은 데이터를 처리해야하기 때문에, 머신러닝 기술이 진보됨에 따라 연구가 활발하게 진행되고 있는 분야이다. Remaining Useful Life (RUL) of parts can be predicted and applied in Prognostics and Health Management (PHM), an extension of ICAS. Because PHM technology has to process a lot of data, research is being actively conducted as machine learning technology is advanced.

따라서 이를 함정에 적용하기에 적합한 방법을 찾기 위해 본 발명의 실시예에서는 Clustering(데이터 군집화), 그 중에서도 K-Means 군집화 알고리즘을 사용하였으며, Normalization (데이터 정규화), PCA(주성분 분석), RUL(잔여수명예측)에 있어서 머신러닝 기술을 활용하여 효율적이고 신뢰도 높은 모델링이 가능하도록 하였다.Therefore, in the embodiment of the present invention, the clustering (data clustering), in particular, the K-Means clustering algorithm was used in order to find a suitable method for applying the trap to the traps. In the life prediction, the machine learning technology is used to enable efficient and reliable modeling.

100 : 머신러닝을 이용하여 함정 추진 장비의 고장을 예측하는 방법
200 : 머신러닝을 이용하여 함정 추진 장비의 고장을 예측하는 시스템
210 : 데이터 수집부
220 : 데이터 전처리부
230 : 특징 엔지니어링부
240 : 모델링부
100: How to predict the failure of ship propulsion equipment using machine learning
200: System predicting failure of ship propulsion equipment using machine learning
210: data collector
220: data preprocessing unit
230: Features Engineering
240: modeling unit

Claims (16)

함정 추진체계에 통합 조건 평가 계통(ICAS)을 적용하는 고장예측 방법에 있어서,
함정 추진체계의 센서에서 실시간으로 온도, 압력, 출력, 토크, 회전수, 진동수를 포함하는 원시 데이터를 수집하여 원시 데이터 중 운용 환경 데이터를 입력값, 결과 데이터를 출력값으로 구분하는 단계;
상기 원시 데이터에 대하여 K-means 알고리즘을 적용하여 데이터를 군집화 하여 운용 구역을 구분하고,
상기 운용 구역별 데이터의 중심점을 계산하며,
상기 운용 구역에 해당하는 결과 데이터를 데이터 중심점을 기준으로 표준화하고,
상기 표준화된 결과 데이터를 통해 학습용 데이터를 생성하는 것을 특징으로 하여 데이터를 전처리(Pre-processing)하는 단계;
상기 전처리된 데이터로부터 특징을 생성하여 상태표시기를 만드는 특징 엔지니어링(Feature Engineering) 단계;
상기 특징을 머신러닝 알고리즘에 입력하여 RUL(잔존 유효 수명) 추정 모델로 시간에 따른 열화 누적으로 지수함수 평가모델을 선택하여 RUL 예측 모델을 생성하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 함정 추진장비 고장예측 방법.
In the failure prediction method of applying the Integrated Condition Assessment System (ICAS) to the ship propulsion system,
Collecting raw data including temperature, pressure, output, torque, rotational speed, and frequency in real time from a sensor of the ship propulsion system, and dividing operating environment data among input data and input data into output values;
The K-means algorithm is applied to the raw data to cluster the data to divide the operating area,
Calculate the center point of the data for each operation area,
Standardize the result data corresponding to the operation area based on the data center point,
Pre-processing the data, wherein the training data is generated through the standardized result data;
A feature engineering step of generating a status indicator by generating a feature from the preprocessed data;
Inputting the feature to a machine learning algorithm to generate an RUL prediction model by selecting an exponential function evaluation model as a cumulative deterioration with time as a RUL estimation model;
Trap propulsion equipment failure prediction method comprising a.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 운용 환경 데이터는 외기 온도, 외기 압력, 추진 레버를 포함하고,
상기 결과 데이터는 엔진 배기온도, 엔진 토크, 엔진 진동, 추진축계 진동을 포함하는 것을 특징으로 하는 함정 추진장비 고장예측 방법.
The method of claim 1,
The operating environment data includes outside temperature, outside pressure, propulsion lever,
The result data includes engine exhaust temperature, engine torque, engine vibration, propulsion shaft vibration.
제1항에 있어서,
상기 전처리하는 단계는,
운용환경에 대한 영향을 상쇄시키기 위해 수집된 데이터를 통합(intergration), 변환(transformation), 정리(reduction), 정제(cleaning) 중 어느 하나 이상의 것을 수행하는 것을 특징으로 하는 함정 추진장비 고장예측 방법.
The method of claim 1,
The pretreatment step,
A method for predicting a failure of a ship propulsion equipment comprising performing one or more of the following data: integration, transformation, reduction, and cleaning in order to offset the impact on the operating environment.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 특징 엔지니어링하는 단계는,
상기 전처리된 데이터를 이용하여 특징을 추출(Feature Extraction)하는 단계;
상기 추출된 특징 중에서 (개발자가) 유의미하다고 인정되는 기준에 따른 특징을 선택(Preprocessing Data)하는 단계;
상기 선택된 특징을 융합하는 주성분 분석(PCA ; Principal Component Analysis)을 거쳐 시간에 따른 장비의 상태(Health Indicator)를 표현하는 상태표시기를 생성(설계)하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 함정 추진장비 고장예측 방법.
The method of claim 1,
The feature engineering step,
Feature Extraction using the preprocessed data;
Selecting (preprocessing data) a feature based on a criterion recognized by the developer (developer) from the extracted features;
Generating (designing) a status indicator representing a health indicator of a device over time through a principal component analysis (PCA) that fuses the selected feature;
Ship propulsion equipment failure prediction method comprising a.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 모델을 생성하는 단계는,
상기 상태표시기를 통해 도출된 시간에 따른 장비의 상태를 Health Indicator로 하여 상기 Health Indicator를 머신러닝을 사용한 RUL 예측 알고리즘에 적용하여 학습한 결과에 따라 실시간으로 고장 시점을 예측하는 것을 특징으로 하는 함정 추진장비 고장예측 방법.
The method of claim 1,
Generating the model,
Using the state of the equipment according to the time derived through the status indicator as a health indicator, the health indicator is applied to the RUL prediction algorithm using machine learning to predict the failure point in real time according to the learning result. How to predict equipment failure.
함정 추진체계에 통합 조건 평가 계통(ICAS)을 적용하는 고장예측 시스템에 있어서,
함정 추진체계의 센서로부터 실시간으로 온도, 압력, 출력, 토크, 회전수, 진동수를 포함하는 원시 데이터를 수집하여 원시 데이터 중 운용 환경 데이터를 입력값, 결과 데이터를 출력값으로 구분하는 수집부;
상기 원시 데이터에 대하여 K-means 알고리즘을 적용하여 데이터를 군집화 하여 운용 구역을 구분하고,
상기 운용 구역별 데이터의 중심점을 계산하며,
상기 운용 구역에 해당하는 결과 데이터를 데이터 중심점을 기준으로 표준화하고,
상기 표준화된 결과 데이터를 통해 학습용 데이터를 생성하여 데이터를 전처리(Pre-processing)하는 전처리부;
상기 전처리된 데이터로부터 특징을 생성하여 상태표시기를 만드는 특징 엔지니어링(Feature Engineering)부;
상기 특징을 머신러닝 알고리즘에 입력하여 RUL(잔존 유효 수명) 추정 모델로 시간에 따른 열화 누적으로 지수함수 평가모델을 선택하여 RUL 예측 모델을 생성하는 모델링부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 함정 추진장비 고장예측 시스템.
In the failure prediction system applying the integrated condition evaluation system (ICAS) to the ship propulsion system,
A collecting unit which collects raw data including temperature, pressure, output, torque, rotational speed, and frequency from a sensor of the ship propulsion system in real time, and divides operating environment data among input data and output data into output values;
The K-means algorithm is applied to the raw data to cluster the data to divide the operating area,
Calculate the center point of the data for each operation area,
Standardize the result data corresponding to the operation area based on the data center point,
A pre-processing unit generating pre-processing data by generating learning data through the standardized result data;
A feature engineering unit to generate a feature from the preprocessed data;
A modeling unit generating the RUL prediction model by inputting the feature into a machine learning algorithm and selecting an exponential function evaluation model as a cumulative deterioration with time as a RUL estimation model;
Ship propulsion equipment failure prediction system comprising a.
삭제delete 제9항에 있어서,
상기 운용 환경 데이터는 외기 온도, 외기 압력, 추진 레버를 포함하고,
상기 결과 데이터는 엔진 배기온도, 엔진 토크, 엔진 진동, 추진축계 진동을 포함하는 것을 특징으로 하는 함정 추진장비 고장예측 시스템.
The method of claim 9,
The operating environment data includes outside temperature, outside pressure, propulsion lever,
The result data includes engine exhaust temperature, engine torque, engine vibration, propulsion shaft vibration.
제9항에 있어서,
상기 전처리부는,
운용환경에 대한 영향을 상쇄시키기 위해 수집된 데이터를 통합(intergration), 변환(transformation), 정리(reduction), 정제(cleaning) 중 어느 하나 이상의 것을 수행하는 것을 특징으로 하는 함정 추진장비 고장예측 시스템.
The method of claim 9,
The preprocessing unit,
A ship propulsion equipment failure prediction system comprising performing one or more of the following data: integration, transformation, reduction, and cleaning, in order to offset the impact on the operating environment.
삭제delete 제9항에 있어서,
상기 특징 엔지니어링부는,
상기 전처리된 데이터를 이용하여 특징을 추출(Feature Extraction)하는 특징추출부;
상기 추출된 특징 중에서 (개발자가) 유의미하다고 인정되는 기준에 따른 특징을 선택(Preprocessing Data)하는 특징선택부;
상기 선택된 특징을 융합하는 주성분 분석(PCA ; Principal Component Analysis)을 거쳐 시간에 따른 장비의 상태(Health Indicator)를 표현하는 상태표시기를 생성(설계)하는 상태표시기 생성부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 함정 추진장비 고장예측 시스템.
The method of claim 9,
The feature engineering unit,
A feature extractor for extracting a feature using the preprocessed data;
A feature selector configured to select a feature based on a criterion recognized by the developer from the extracted features (preprocessing data);
A status indicator generator for generating (designing) a status indicator representing a health indicator of a device over time through a principal component analysis (PCA) that fuses the selected feature;
Ship propulsion equipment failure prediction system comprising a.
삭제delete 제9항에 있어서,
상기 모델링부는,
상기 상태표시기를 통해 도출된 시간에 따른 장비의 상태를 Health Indicator로 하여 상기 Health Indicator를 머신러닝을 사용한 RUL 예측 알고리즘에 적용하여 학습한 결과에 따라 실시간으로 고장 시점을 예측하는 것을 특징으로 하는 함정 추진장비 고장예측 시스템.

The method of claim 9,
The modeling unit,
Using the state of the equipment according to the time derived through the status indicator as a health indicator, the health indicator is applied to the RUL prediction algorithm using machine learning to predict the failure point in real time according to the learning result. Equipment failure prediction system.

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