KR102327420B1 - Apparatus and method for generating and verifying training data - Google Patents

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KR102327420B1
KR102327420B1 KR1020210035966A KR20210035966A KR102327420B1 KR 102327420 B1 KR102327420 B1 KR 102327420B1 KR 1020210035966 A KR1020210035966 A KR 1020210035966A KR 20210035966 A KR20210035966 A KR 20210035966A KR 102327420 B1 KR102327420 B1 KR 102327420B1
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vibration
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장영민
부이 반
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국민대학교산학협력단
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Abstract

The present invention relates to an apparatus and method for generating and verifying training data, capable of generating augmented data by using an auto-encoder and verifying the augmented data to determine whether to verify the augmented data as the training data. According to the present embodiment, the method for generating and verifying the training data may include the steps of: collecting first and second vibration signals from first and second devices; extracting first and second static feature values from the first and second vibration signals; performing comparison between the first static feature value and the second static feature value with respect to the same static items of the same axis to determine an axis and a static item having a difference of a threshold value or more; preparing for an abnormal data set labeled as being in an abnormal state and a normal data set labeled as being in a normal state, based on a first static feature value and a second static feature value of the determined axis and the determined static item; generating a defect detecting model by training the deep neural network by using, as the training data, a first abnormal data group of the labeled abnormal data set and the labeled normal data set; generating an augmented abnormal data group by applying at least a portion of the labeled abnormal data set to the auto encoder; verifying an accuracy of the defect detecting model by changing the ratio between a second abnormal data group of the labeled abnormal data set and the augmented abnormal data group; and determining whether to verify the training data for the augmented abnormal data group, based on a result obtained by verifying the accuracy of the defect detecting model.

Description

훈련 데이터를 생성하고 검증하는 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR GENERATING AND VERIFYING TRAINING DATA}Apparatus and method for generating and validating training data

본 발명은 오토인코더(auto encoder)를 이용하여 증강 데이터를 생성하고 이를 검증하여 결함 검출 모델의 훈련 데이터로 인증할 것인지를 결정하는 훈련 데이터를 생성하고 검증하는 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for generating and verifying training data for determining whether to authenticate as training data of a defect detection model by generating augmented data using an auto encoder and verifying it.

최근 산업기술이 발달함에 따라 회전 기계들이 대형화, 고 정밀화되면서 이들 설비에서 고장이 발생하면 막대한 경제적 손실이나 인명에 피해를 줄 수 있어 이들 회전 기계에 대한 고장 감시가 매우 중요해졌다. With the recent development of industrial technology, as rotary machines become larger and more precise, failures in these facilities can cause enormous economic loss or damage to human life, so fault monitoring of these rotary machines has become very important.

이들 회전하는 구동부가 포함된 기계는 물리적인 마찰조건 하에 구동되므로 잦은 주기로 정비를 수행하여야만 고장 및 사고를 방지할 수 있다. 이와 같이 회전 기계는 잦은 정비를 요구하므로 유지보수 비용 및 시간이 많이 소요되는 문제점이 있다.Since the machine including these rotating driving parts is driven under physical friction conditions, it is necessary to perform maintenance at frequent intervals to prevent breakdowns and accidents. As such, the rotating machine requires frequent maintenance, so there is a problem that maintenance cost and time are required.

이러한 문제점으로 인해 고장 발생 가능성이 있을 때에만 정비를 수행하는 상태 기반 정비가 최근 주목을 받고 있다. 상태 기반 정비는 고장 발생 가능성이 있을 때에만 정비를 수행하므로 유지보수비용 및 시간 감소를 통해 운용비용 감소와 이익증대를 실현하여 준다.Due to these problems, condition-based maintenance, which performs maintenance only when there is a possibility of a failure, has recently attracted attention. Because condition-based maintenance performs maintenance only when there is a possibility of a failure, it reduces operating costs and increases profits by reducing maintenance costs and time.

이에 따라, 한국공개특허공보 제2020-0101507호는 기계학습을 이용한 회전기계 고장 진단 및 예측시스템에 대해 개시하기도 하였다.Accordingly, Korean Patent Application Laid-Open No. 2020-0101507 also disclosed a system for diagnosing and predicting a malfunction of a rotating machine using machine learning.

결함 진단이 적용되어 큰 효과를 기대할 수 있는 분야는 유지보수에 높은 비용이 필요한 시스템 등이 될 수 있으며, 대표적으로 고속철도와 풍력발전용 터빈 등의 기어박스 등을 꼽을 수 있다The fields where fault diagnosis can be applied to have great effects can be systems that require high maintenance costs, and gearboxes such as high-speed railways and wind turbines are representative.

기어박스는 기계에서 회전동력을 전달하기 위해 기본적으로 사용되는 요소이므로 이에 대해 여러 센서 신호를 통해 결함을 감지하고 진단하려는 연구가 활발하게 이루어지고 있다.Since the gearbox is a basic element used to transmit rotational power in a machine, research on detecting and diagnosing defects through various sensor signals is being actively conducted.

전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.The above-mentioned background art is technical information possessed by the inventor for derivation of the present invention or acquired in the process of derivation of the present invention, and cannot necessarily be said to be a known technique disclosed to the general public prior to the filing of the present invention.

국내 공개특허공보 제10-2020-0101507호(2020.08.28)Domestic Patent Publication No. 10-2020-0101507 (2020.08.28)

본 발명의 일 과제는, 오토인코더를 이용하여 증강 데이터를 생성하고 이를 검증하여 결함 검출 모델의 훈련 데이터로 인증하여 결함 검출 모델의 검출 정확도를 개선하는데 있다.An object of the present invention is to improve the detection accuracy of a defect detection model by generating augmented data using an autoencoder, verifying it, and authenticating it as training data of the defect detection model.

본 발명의 일 과제는, 오토인코더를 이용하여 훈련 데이터를 증대시켜 기계 결함 감지 훈련 프로세스의 성능을 향상시키는데 있다.An object of the present invention is to improve the performance of a machine fault detection training process by increasing training data using an autoencoder.

본 발명의 일 과제는 통계적 분석 및 기계 학습을 이용하여 디바이스의 결함 검출을 하기 위한 모델을 생성하는데 있어서 불필요한 정보들까지 포함되어 연산 자원이 낭비되는 문제를 해결하는 데 있다.An object of the present invention is to solve a problem in which computational resources are wasted by including unnecessary information in generating a model for detecting a device defect using statistical analysis and machine learning.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 한정되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 과제 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시 예에 의해보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명이 해결하고자 하는 과제 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 알 수 있을 것이다.The problem to be solved by the present invention is not limited to the above-mentioned problems, and other problems and advantages of the present invention not mentioned can be understood by the following description, and more clearly understood by the embodiments of the present invention will be In addition, it will be appreciated that the problems and advantages to be solved by the present invention can be realized by means and combinations thereof indicated in the claims.

본 발명의 일 실시 예에 따른 훈련 데이터를 생성하고 검증하는 방법은, 결함이 있는 것으로 판정된 제1 디바이스들과 결함이 없는 것으로 판정된 제2 디바이스들에 각각 부착되어 제1 및 제2 디바이스들이 동작하는 동안 적어도 직교하는 3축의 진동을 감지하도록 배치된 진동센서들에 의해 제1 디바이스들의 제1 진동신호들 및 제2 디바이스들의 제2 진동신호들을 수집하는 단계와, 제1 진동신호들로부터 각각의 축의 진동신호들에 대하여 제1 통계적 특성값들을 추출하고, 제2 진동신호들로부터 각각의 축의 진동신호들에 대하여 제2 통계적 특성값들을 추출하는 단계와, 동일 축의 동일 통계 항목별로 제1 통계적 특성값들과 제2 통계적 특성값들을 비교하여 임계값 이상의 차이를 가지는 축 및 통계 항목을 결정하는 단계와, 결정된 축 및 통계 항목의 제1 통계적 특성값들이 비정상 상태로 레이블링된 비정상 데이터 세트와, 결정된 축 및 통계 항목의 제2 통계적 특성값들이 정상 상태로 레이블링된 정상 데이터 세트를 준비하는 단계와, 레이블링된 비정상 데이터 세트 중 제1 비정상 데이터 그룹과 레이블링된 정상 데이터 세트를 훈련 데이터로 사용하여 심층신경망을 훈련시켜, 디바이스에서 발생하는 진동신호의 통계적 특성값을 이용하여 디바이스의 결함여부를 판단하는 결함 검출 모델을 생성하는 단계와, 레이블링된 비정상 데이터 세트 중 적어도 일부를 오토인코더(auto encoder)에 적용하여 증강 비정상 데이터 그룹을 생성하는 단계와, 레이블링된 비정상 데이터 세트 중 제2 비정상 데이터 그룹과 증강 비정상 데이터 그룹의 비율을 변경하며 결함 검출 모델의 정확도를 검증하는 단계와, 결함 검출 모델의 정확도를 검증한 결과를 기반으로 증강 비정상 데이터 그룹에 대한 훈련 데이터 인증 여부를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.In a method for generating and verifying training data according to an embodiment of the present invention, the first and second devices are respectively attached to first devices determined to be defective and second devices determined to be free from defects. collecting first vibration signals of first devices and second vibration signals of second devices by vibration sensors arranged to sense vibration of at least three orthogonal axes during operation; extracting first statistical characteristic values with respect to the vibration signals of the axis of , and extracting second statistical characteristic values of the vibration signals of each axis from the second vibration signals; Comparing the characteristic values and the second statistical characteristic values to determine an axis and a statistical item having a difference greater than or equal to a threshold value; Preparing a normal data set in which the determined second statistical characteristic values of the determined axis and statistical items are in a steady state, and using the first abnormal data group and the labeled normal data set among the labeled abnormal data sets as training data Training a neural network to generate a defect detection model that determines whether a device is defective using statistical characteristic values of vibration signals generated by the device, and at least a part of the labeled abnormal data set to an auto encoder generating an augmented anomalous data group by applying it; and verifying the accuracy of the defect detection model by changing the ratio of the second abnormal data group and the augmented abnormal data group among the labeled abnormal data set; It may include determining whether to authenticate the training data for the augmented abnormal data group based on the verified result.

본 발명의 일 실시 예에 따른 훈련 데이터를 생성하고 검증하는 장치는, 프로세서 및 프로세서와 동작 가능하게 연결되고 프로세서에서 수행되는 적어도 하나의 코드를 저장하는 메모리를 포함하고, 메모리는 프로세서를 통해 실행될 때, 프로세서가 결함이 있는 것으로 판정된 제1 디바이스들과 결함이 없는 것으로 판정된 제2 디바이스들에 각각 부착되어 제1 및 제2 디바이스들이 동작하는 동안 적어도 직교하는 3축의 진동을 감지하도록 배치된 진동센서들에 의해 제1 디바이스들의 제1 진동신호들 및 제2 디바이스들의 제2 진동신호들을 수집하고, 제1 진동신호들로부터 각각의 축의 진동신호들에 대하여 제1 통계적 특성값들을 추출하고, 제2 진동신호들로부터 각각의 축의 진동신호들에 대하여 제2 통계적 특성값들을 추출하고, 동일 축의 동일 통계 항목별로 제1 통계적 특성값들과 제2 통계적 특성값들을 비교하여 임계값 이상의 차이를 가지는 축 및 통계 항목을 결정하고, 결정된 축 및 통계 항목의 제1 통계적 특성값들이 비정상 상태로 레이블링된 비정상 데이터 세트와, 결정된 축 및 통계 항목의 제2 통계적 특성값들이 정상 상태로 레이블링된 정상 데이터 세트를 준비하고, 레이블링된 비정상 데이터 세트 중 제1 비정상 데이터 그룹과 레이블링된 정상 데이터 세트를 훈련 데이터로 사용하여 심층신경망을 훈련시켜, 디바이스에서 발생하는 진동신호의 통계적 특성값을 이용하여 디바이스의 결함여부를 판단하는 결함 검출 모델을 생성하고, 레이블링된 비정상 데이터 세트 중 적어도 일부를 오토인코더(auto encoder)에 적용하여 증강 비정상 데이터 그룹을 생성하고, 레이블링된 비정상 데이터 세트 중 제2 비정상 데이터 그룹과 증강 비정상 데이터 그룹의 비율을 변경하며 결함 검출 모델의 정확도를 검증하고, 결함 검출 모델의 정확도를 검증한 결과를 기반으로 증강 비정상 데이터 그룹에 대한 훈련 데이터 인증 여부를 결정하도록 야기하는 코드를 저장할 수 있다.An apparatus for generating and verifying training data according to an embodiment of the present invention includes a processor and a memory operatively connected to the processor and storing at least one code executed by the processor, wherein the memory is executed by the processor , a processor attached to the first devices determined to be defective and the second devices determined to be free, respectively, arranged to sense vibration in at least three orthogonal axes while the first and second devices operate Collecting the first vibration signals of the first devices and the second vibration signals of the second devices by the sensors, extracting first statistical characteristic values for the vibration signals of each axis from the first vibration signals, and An axis having a difference greater than or equal to a threshold value by extracting second statistical characteristic values for vibration signals of each axis from the two vibration signals, and comparing the first statistical characteristic values and the second statistical characteristic values for the same statistical items on the same axis and determining a statistical item, and an abnormal data set in which the determined first statistical characteristic values of the determined axis and the statistical item are labeled as an abnormal state, and a normal data set in which the determined second statistical characteristic values of the determined axis and the statistical item are labeled as a normal state. Prepare and train a deep neural network using the first abnormal data group and the labeled normal data set among the labeled abnormal data sets as training data. Create a defect detection model to judge, apply at least a part of the labeled anomaly data set to an auto encoder to generate an augmented anomaly data group, and a second anomaly data group and augmented anomaly data from the labeled anomaly data set It is possible to store a code causing to verify the accuracy of the defect detection model by changing the ratio of the groups, and to determine whether to authenticate the training data for the augmented abnormal data group based on the result of verifying the accuracy of the defect detection model.

이 외에도, 본 발명을 구현하기 위한 다른 방법, 다른 시스템 및 상기 방법을 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 저장된 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체가 더 제공될 수 있다.In addition to this, another method for implementing the present invention, another system, and a computer-readable recording medium storing a computer program for executing the method may be further provided.

전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.Other aspects, features and advantages other than those described above will become apparent from the following drawings, claims, and detailed description of the invention.

본 발명에 의하면, 오토인코더를 이용하여 증강 데이터를 생성하고 이를 검증하여 결함 검출 모델의 훈련 데이터로 인증하여 결함 검출 모델의 검출 정확도를 개선할 수 있다.According to the present invention, it is possible to improve the detection accuracy of the defect detection model by generating augmented data using an autoencoder, verifying it, and authenticating it as training data of the defect detection model.

또한, 결함 검출 모델의 검출 정확도가 개선됨으로써 기계 결함을 미리 예측할 수 있고, 기계 결함 검출 비용을 감소시킬 수 있다.In addition, by improving the detection accuracy of the defect detection model, it is possible to predict machine defects in advance and reduce the cost of detecting machine defects.

또한, 오토인코더를 이용하여 훈련 데이터를 증대시켜 기계 결함 감지 훈련 프로세스의 성능을 향상시킬 수 있다.In addition, the autoencoder can be used to augment the training data to improve the performance of the machine fault detection training process.

또한, 통계적 분석을 이용하여 결함 검출 모델을 생성하기 위한 훈련 데이터로서 보다 중요하고 정상적인 데이터들이 효율적으로 준비되게 함으로써, 연산 자원을 보다 효과적으로 사용하여 결함 검출 모델을 생성할 수 있다.In addition, by efficiently preparing more important and normal data as training data for generating a defect detection model using statistical analysis, it is possible to generate a defect detection model by using computational resources more effectively.

본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.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 본 실시 예에 따른 훈련 데이터를 생성하고 검증하는 장치의 구성을 개략적으로 설명하기 위하여 도시한 블록도이다.
도 2는 본 실시 예에 따른 진동센서가 출력하는 진동신호의 출력 방향을 설명하는 예시도이다.
도 3은 본 실시 예에 따른 정상 상태 및 고장 상태의 디바이스에서 출력되는 진동신호를 도시한 예시도이다.
도 4는 본 실시 예에 따른 정상 상태 및 고장 상태의 디바이스에서 출력되는 진동신호를 전처리한 결과를 도시한 도면이다.
도 5는 본 실시 예에 따른 정상 상태 및 고장 상태의 디바이스에서 출력되는 진동신호에 대한 전처리 결과로부터 통계적 특성값을 산출한 결과를 도시한 도면이다.
도 6은 도 1 중 생성부의 구성을 개략적으로 설명하기 위하여 도시한 블록도이다.
도 7은 다른 실시 예에 따른 훈련 데이터를 생성하고 검증하는 장치의 구성을 개략적으로 설명하기 위하여 도시한 블록도이다.
도 8은 본 실시 예에 따른 훈련 데이터를 생성하고 검증하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
1 is a block diagram schematically illustrating the configuration of an apparatus for generating and verifying training data according to the present embodiment.
2 is an exemplary view for explaining an output direction of a vibration signal output by the vibration sensor according to the present embodiment.
3 is an exemplary diagram illustrating a vibration signal output from a device in a normal state and a failure state according to the present embodiment.
4 is a diagram illustrating a result of preprocessing a vibration signal output from a device in a normal state and a failure state according to the present embodiment.
5 is a diagram illustrating a result of calculating a statistical characteristic value from a preprocessing result for a vibration signal output from a device in a normal state and a failure state according to the present embodiment.
FIG. 6 is a block diagram schematically illustrating the configuration of the generator in FIG. 1 .
7 is a block diagram schematically illustrating a configuration of an apparatus for generating and verifying training data according to another embodiment.
8 is a flowchart illustrating a method of generating and verifying training data according to the present embodiment.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 설명되는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 아래에서 제시되는 실시 예들로 한정되는 것이 아니라, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 아래에 제시되는 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.Advantages and features of the present invention, and methods for achieving them will become apparent with reference to the detailed description in conjunction with the accompanying drawings. However, it should be understood that the present invention is not limited to the embodiments presented below, but may be implemented in a variety of different forms, and includes all transformations, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. . The embodiments presented below are provided to complete the disclosure of the present invention, and to completely inform those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains to the scope of the invention. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known technology may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification exists, but one or more other features It should be understood that this does not preclude the existence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof. Terms such as first, second, etc. may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

본 출원에서 "부"는 프로세서 또는 회로와 같은 하드웨어 구성(hardware component), 및/또는 프로세서와 같은 하드웨어 구성에 의해 실행되는 소프트웨어 구성(software component)일 수 있다.In the present application, “unit” may be a hardware component such as a processor or circuit, and/or a software component executed by a hardware component such as a processor.

이하, 본 발명에 따른 실시 예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, and in the description with reference to the accompanying drawings, the same or corresponding components are given the same reference numerals, and overlapping descriptions thereof are omitted. decide to do

도 1은 본 실시 예에 따른 훈련 데이터를 생성하고 검증하는 장치의 구성을 개략적으로 설명하기 위하여 도시한 블록도이다.1 is a block diagram schematically illustrating the configuration of an apparatus for generating and verifying training data according to the present embodiment.

도 1을 참조하면, 훈련 데이터를 생성하고 검증하는 장치(200)는 회전 기계와 같이 진동을 일으키는 디바이스들(100)과 연결될 수 있다.Referring to FIG. 1 , an apparatus 200 for generating and verifying training data may be connected to devices 100 that generate vibration, such as a rotating machine.

디바이스들(100)에는 제1 디바이스들(110)과 제2 디바이스들(120)이 포함될 수 있고, 제1 디바이스들(110)은 결함이 있는, 고장이 있는 디바이스들이고, 제2 디바이스들(120)은 결함이 없는, 정상인 디바이스들이다. 여기서, 제1 디바이스들(110)은 제2 디바이스들(120)은 동일한 모델의 기계 장치일 수 있다. 예를 들어, 제1 디바이스들(110)은 고장이 있는 디바이스 A, 디바이스 B, 디바이스 C일 수 있고, 제2 디바이스들(120)은 고장이 없는 디바이스 A', 디바이스 B' 디바이스 C'일 수 있다.The devices 100 may include first devices 110 and second devices 120 , wherein the first devices 110 are defective and faulty devices, and the second devices 120 . ) are normal devices without defects. Here, the first devices 110 and the second devices 120 may be mechanical devices of the same model. For example, the first devices 110 may be device A, device B, and device C with faults, and the second devices 120 may be device A', device B', and device C' without faults. have.

이러한 디바이스들은 기계 시스템으로 회전동력을 전달하기 위해 사용되는 기어박스를 포함할 수 있다. 기어박스는 구동축을 회전시키는데 필요한 동력을 전달하기 위하여 각종 축군 및 기어군(미도시)이 배치되는 구조를 포함할 수 있다. 이러한 기어박스는 매우 다양한 산업분야에 이용될 수 있다. 그리고 기어군의 기어들을 사용하여 작은 회전력을 큰 회전력으로 변환하거나, 낮은 회전을 고속회전으로 바꿀 수 있다. 기어박스는 일정 형상의 하우징(미도시)이 그 외관을 형성한다. 하우징은 기어박스가 사용되는 각종 기계장치나 차량 등에 맞게 소정 사이즈 및 형태를 가지도록 형성될 수 있다. 그리고 하우징 내부에는 구동력을 생산하는 구동모터(미도시) 및 구동력을 전달할 수 있도록 각종 기어들(미도시)과 구동축(미도시), 회전축(미도시) 등이 배치될 수 있다. These devices may include a gearbox used to transmit rotational power to a mechanical system. The gearbox may include a structure in which various shaft groups and gear groups (not shown) are disposed in order to transmit power required to rotate the drive shaft. Such a gearbox can be used in a wide variety of industries. And by using the gears of the gear group, a small rotational force can be converted into a large rotational force, or a low rotational force can be converted into a high-speed rotation. In the gearbox, a housing (not shown) of a certain shape forms the exterior. The housing may be formed to have a predetermined size and shape according to various mechanical devices or vehicles in which the gearbox is used. In addition, various gears (not shown), a driving shaft (not shown), a rotating shaft (not shown), etc. may be disposed inside the housing to transmit a driving motor (not shown) and driving force for generating driving force.

한편, 기어박스는 구동모터를 이용하여 구동력을 발생 및 전달하는 과정에서 불안정한 움직임 등으로 인하여 기어박스에는 각종 진동이 발생하고 이러한 진동은 구동축 및 기어박스를 형성하고 있는 하우징 등으로 전달될 수 있다. 그리고 구동축의 축 진동이 하우징에 전달되면, 실질적으로 하우징 자체의 떨림 현상 이외에도 하우징과 연결된 다른 부품들의 진동을 초래할 수 있고, 진동으로 인한 소음도 유발될 수 있다. On the other hand, the gearbox generates various vibrations in the gearbox due to unstable movement in the process of generating and transmitting the driving force using the driving motor, and these vibrations may be transmitted to the drive shaft and the housing forming the gearbox. In addition, when the shaft vibration of the drive shaft is transmitted to the housing, in addition to the vibration of the housing itself, vibration of other components connected to the housing may be caused, and noise due to the vibration may also be induced.

종래에는 기어박스의 진동량 변화와 진동 특성 변화를 전문가들이 분석하여 결함의 원인을 찾고 적절한 대책을 세웠다. 그러나 전문가들의 경험 부족과 다양화된 설비특성의 변화로 정확한 진단이 어려워, 진동의 크기를 설정하고 그 크기를 초과하는 진동이 발생할 경우에만 관리자에게 이상 상태를 알려주는 방법을 사용해 오고 있다.In the past, experts analyzed the change in vibration amount and vibration characteristics of the gearbox to find the cause of the defect and set up appropriate countermeasures. However, due to the lack of experience of experts and changes in diversified facility characteristics, it is difficult to make an accurate diagnosis, so the method of setting the size of vibration and notifying the manager of an abnormal condition only when vibration exceeding the size occurs has been used.

그러나 이러한 방법도 회전 기계와 같은 디바이스의 고장 발생 정도만을 판별할 수 있고, 고장의 원인이나 진전 과정을 알 수 없어 능동적으로 대처를 할 수 없기 때문에 다시 전문가에게 판단을 맡기고 있다. 따라서, 회전 기계와 같은 디바이스에서 결함이 발생하였을 때, 고장 전 단계에서 결함 원인을 미리 파악하고 진전 과정을 예측하여 사고를 미리 방지하는 기술이 필요하며, 이를 위해서는 실시간 진동 데이터를 분석하여 회전 기계를 정확히 진단할 수 있는 기술이 요구된다. However, this method can only determine the degree of failure of a device such as a rotating machine, and since the cause or progress of the failure cannot be known, it cannot be actively dealt with, so it is left to experts again. Therefore, when a defect occurs in a device such as a rotating machine, a technology is needed to prevent an accident in advance by identifying the cause of the defect in advance and predicting the progress at the stage before the failure. Accurate diagnosis is required.

최근에는 기계학습 기술이 발달하면서 심층신경망 모델을 이용하여 진단할 수 있는 기술이 이용되고 있다. 다만, 이러한 결함 검출 모델을 생성하기 위해서는 대량의 훈련 데이터를 준비해야 할 필요가 있으며, 이러한 대량의 훈련 데이터로 모델을 훈련시키려면 상당한 양의 연산 자원과 훈련 기간이 필요하게 된다.Recently, with the development of machine learning technology, a technology capable of diagnosing using a deep neural network model is being used. However, in order to generate such a defect detection model, it is necessary to prepare a large amount of training data, and a considerable amount of computational resources and training period are required to train the model with such a large amount of training data.

본 실시 예에서는, 결함 검출 모델을 효율적이고 효과적으로 생성하기 위해서 결함을 판단하는데 유용한 정보들을 판단하고, 유용한 정보들을 이용해 결함 검출 모델을 생성할 수 있다. 본 실시 예의 방식에 따르면 결함 검출 모델을 생성하는데 훨씬 적은 연산 자원과 시간을 가지고도 효과적인 결함 검출 모델을 생성할 수 있다.In this embodiment, in order to efficiently and effectively generate a defect detection model, information useful for determining a defect may be determined, and a defect detection model may be generated using the useful information. According to the method of this embodiment, it is possible to generate an effective defect detection model with much less computational resources and time to generate the defect detection model.

훈련 데이터를 생성하고 검증하는 장치(200)는 디바이스들(110, 120)에서 발생한 진동신호를 입력으로 하여 통계적 분석 및 기계 학습을 실행하여 디바이스의 결함 여부를 검출할 수 있는 모델을 생성할 수 있다. 여기서 결함 여부는 디바이스가 정상 동작하고 있는 경우와, 디바이스가 고장난 경우에 따라 결정될 수 있다. 본 실시 예에서, 훈련 데이터를 생성하고 검증하는 장치(200)는 전처리부(210), 산출부(220), 제1 결정부(230), 로딩부(240), 제1 생성부(250), 제2 생성부(260), 검증부(270), 제2 결정부(280) 및 제어부(290)를 포함할 수 있다.The apparatus 200 for generating and verifying training data may generate a model capable of detecting whether a device is defective by performing statistical analysis and machine learning by receiving vibration signals generated from the devices 110 and 120 as input. . Here, whether the device is defective may be determined depending on whether the device is operating normally or when the device is broken. In this embodiment, the apparatus 200 for generating and verifying training data includes a preprocessor 210 , a calculator 220 , a first determiner 230 , a loading unit 240 , and a first generator 250 . , a second generation unit 260 , a verification unit 270 , a second determination unit 280 , and a control unit 290 .

각각의 디바이스들(100)에는 진동센서(미도시)가 구비되어 디바이스(100)에서 발생하는 진동신호를 감지하여 출력할 수 있다. 본 실시 예에서 진동센서는 적어도 직교하는 3축의 진동을 감지하도록 배치된 제1 진동센서(미도시) 내지 제3 진동센서(미도시)를 포함할 수 있다. 또한, 진동센서는 3축의 진동신호들에 더하여 직교하는 3축에 의해 정의되는 대각선 축의 진동을 감지하도록 배치된 제4 진동센서(미도시)를 포함할 수 있다.Each of the devices 100 is provided with a vibration sensor (not shown) to detect and output a vibration signal generated by the device 100 . In this embodiment, the vibration sensor may include a first vibration sensor (not shown) to a third vibration sensor (not shown) arranged to sense vibration of at least three orthogonal axes. In addition, the vibration sensor may include a fourth vibration sensor (not shown) arranged to sense vibration of a diagonal axis defined by three orthogonal axes in addition to vibration signals of three axes.

여기서, 훈련 데이터를 생성하고 검증하는 장치(200)에서는 제1 디바이스들(110)에서 오는 신호와 제2 디바이스들(120)에서 오는 신호를 구분할 수 있으며, 제1 디바이스들(110)이 결함이 있는 디바이스라는 것과 제2 디바이스들(120)이 결함이 없는 디바이스라는 것이 알려져 있다.Here, in the apparatus 200 for generating and verifying training data, a signal coming from the first devices 110 and a signal coming from the second devices 120 can be distinguished, and the first devices 110 are defective. It is known that the device exists and that the second devices 120 are defect-free devices.

전처리부(210)에서는 시간 도메인의 진동신호들을 주파수 도메인으로 변환할 수 있다. 산출부(220)에서는 주파수 도메인에서의 진동신호들에 대한 통계적 특성값들을 산출할 수 있다. 제1 결정부(230)에서는 결함이 있는 디바이스로부터의 진동신호와 결함이 없는 디바이스로부터의 진동신호를 비교하고 이들 진동신호들 중 차이가 임계값 이상 많이 나는 축의 진동신호의 통계값의 항목(축 및 통계 항목)을 결정할 수 있다.The preprocessor 210 may convert the vibration signals in the time domain into the frequency domain. The calculator 220 may calculate statistical characteristic values for the vibration signals in the frequency domain. The first determining unit 230 compares the vibration signal from the defective device with the vibration signal from the non-defective device, and among these vibration signals, the statistical value of the vibration signal of the axis is greater than the threshold value (axis) and statistical items).

로딩부(240)에서는 제1 결정부(230)에서 결정된 축의 진동신호의 선택된 통계 항목의 값에 대해 디바이스의 결함 여부에 따라 레이블링이 되면 훈련 데이터 세트가 준비될 수 있다. 제1 생성부(250)에서는 준비된 훈련 데이터 세트를 이용하여 심층신경망을 훈련시켜 디바이스의 결함 여부를 검출하는 결함 검출 모델을 생성할 수 있다.In the loading unit 240 , when the value of the selected statistical item of the vibration signal of the axis determined by the first determining unit 230 is labeled according to whether the device is defective, a training data set may be prepared. The first generator 250 may generate a defect detection model for detecting whether a device is defective by training a deep neural network using the prepared training data set.

제2 생성부(260)에서는 훈련 데이터 세트의 일부를 오토인코더에 적용하여 증강 비정상 데이터 그룹을 생성할 수 있다. 검증부(270)는 훈련 데이터 세트의 다른 일부와 비정상 증강 데이터 그룹을 이용하여 결함 검출 모델의 정확도를 검증할 수 있다. 제2 결정부에서는 검증한 정확도를 기반으로 증강 비정상 데이터 그룹에 대한 훈련 데이터 인증 여부를 결정할 수 있다.The second generator 260 may generate an augmented abnormal data group by applying a part of the training data set to the autoencoder. The verification unit 270 may verify the accuracy of the defect detection model using another part of the training data set and the abnormal augmented data group. The second determiner may determine whether to authenticate the training data for the augmented abnormal data group based on the verified accuracy.

이러한 훈련 방식에 의하면 모든 축의 진동신호들의 값들을 이용하여 신경망 모델을 훈련시키는 경우보다 적은 양의 연산 자원으로 짧은 시간 안에 모델을 훈련시킬 수 있고, 오토인코더를 이용하여 훈련 데이터를 증대시켜 기계 결함 감지 훈련 프로세스의 성능을 향상시킬 수 있다.According to this training method, it is possible to train the model in a shorter time with less computational resources than when training the neural network model using the values of the vibration signals of all axes, and to detect machine faults by increasing the training data using an autoencoder. It can improve the performance of the training process.

도 2는 도 1의 진동센서가 출력하는 진동신호의 출력 방향을 설명하는 예시도이다. 도 2를 참조하면, 제1 진동센서는 디바이스에서 발생하는 수평(x)방향의 진동을 감지하여 제1 진동신호(g_x vibration signal)를 출력할 수 있다. 제2 진동센서는 디바이스에서 발생하는 수직(y)방향의 진동을 감지하여 제2 진동신호(g_y vibration signal)를 출력할 수 있다. 제3 진동센서는 디바이스에서 발생하는 축(z)방향의 진동을 감지하여 제3 진동신호(g_z vibration signal)를 출력할 수 있다. 제4 진동센서는 디바이스에서 발생하는 수평(x)방향, 수직(y)방향 및 축(z)방향을 합친 대각선(T)방향의 진동을 감지하여 제4 진동신호(g_T vibration signal)를 출력할 수 있다.FIG. 2 is an exemplary view illustrating an output direction of a vibration signal output by the vibration sensor of FIG. 1 . Referring to FIG. 2 , the first vibration sensor may output a first vibration signal (g_x vibration signal) by detecting vibration in the horizontal (x) direction generated in the device. The second vibration sensor may output a second vibration signal (g_y vibration signal) by detecting vibration in the vertical (y) direction generated in the device. The third vibration sensor may output a third vibration signal (g_z vibration signal) by detecting vibration in the axis (z) direction generated in the device. The fourth vibration sensor detects the vibration in the diagonal (T) direction, which is a combination of the horizontal (x) direction, the vertical (y) direction, and the axial (z) direction generated in the device to output a fourth vibration signal (g_T vibration signal). can

도 3은 본 실시 예에 따른 정상 상태 및 고장 상태의 디바이스에서 출력되는 진동신호를 도시한 예시도이다. 도 3을 참조하면, 도 3a는 정상(normal) 상태의 디바이스(100)에서 발생한 제1 진동신호(g_x vibration signal)를 도시하고 있고, 도 3b는 고장(broken) 상태의 디바이스들(100)에서 발생한 제1 진동신호(g_x vibration signal)를 도시하고 있다. 특히 도 3b는 톱니(tooth)가 부러졌을 때 디바이스(100)에서 발생한 제1 진동신호를 도시하고 있다.3 is an exemplary diagram illustrating a vibration signal output from a device in a normal state and a failure state according to the present embodiment. Referring to FIG. 3 , FIG. 3A shows a first vibration signal (g_x vibration signal) generated in the device 100 in a normal state, and FIG. 3B is in the devices 100 in a broken state. The generated first vibration signal (g_x vibration signal) is shown. In particular, FIG. 3B illustrates a first vibration signal generated in the device 100 when a tooth is broken.

전처리부(210)는 진동센서에서 출력되는 시간도메인의 진동신호를 주파수도메인의 진동신호로 변환할 수 있다. 주파수도메인의 진동신호에는 디바이스(100)의 정상 및 고장을 구별하는데 사용할 수 있는 보다 고유한 정보들이 포함되어 있다. 본 실시 예에서 전처리부(210)는 제1 진동센서 내지 제4 진동센서로부터 출력되는 시간도메인의 제1 진동신호 내지 제4 진동신호를 고속 푸리에 변환(FFT: fast fourier transform)하여 주파수도메인의 제1 진동신호 내지 제4 진동신호로 출력할 수 있다. 시간 함수의 푸리에 변환은 주파수의 복소-값 함수이며, 크기(절대값)는 원래함수에 존재하는 주파수의 양을 나타내고 인수는 해당 주파수에서 기본 정현파의 오프셋일 수 잇다.The preprocessor 210 may convert a time domain vibration signal output from the vibration sensor into a frequency domain vibration signal. The vibration signal in the frequency domain includes more unique information that can be used to distinguish between normality and failure of the device 100 . In this embodiment, the preprocessor 210 performs fast Fourier transform (FFT) on the first to fourth vibration signals of the time domain output from the first vibration sensor to the fourth vibration sensor to generate the frequency domain. The first vibration signal to the fourth vibration signal may be output. The Fourier transform of a time function is a complex-valued function of frequency, the magnitude (absolute value) indicates the amount of frequency present in the original function, and the argument may be an offset of the fundamental sine wave at that frequency.

본 실시 예에서 전처리부(210)는 제1 전처리부(211) 내지 제4 전처리부(214)를 포함할 수 있다. 제1 전처리부(211)는 제1 진동센서로부터 출력되는 시간도메인의 제1 진동신호(g_x vibration signal)를 주파수도메인의 제1 진동신호(g_x FFT signal)로 변환할 수 있다. 제2 전처리부(212)는 제2 진동센서로부터 출력되는 시간도메인의 제2 진동신호(g_y vibration signal)를 주파수도메인의 제2 진동신호(g_y FFT signal)로 변환할 수 있다. 제3 전처리부(213)는 제3 진동센서로부터 출력되는 시간도메인의 제3 진동신호(g_z vibration signal)를 주파수도메인의 제3 진동신호(g_z FFT signal)로 변환할 수 있다. 제4 전처리부(214)는 제4 진동센서로부터 출력되는 시간도메인의 제4 진동신호(g_T vibration signal)를 주파수도메인의 제4 진동신호(g_T FFT signal)로 변환할 수 있다.In this embodiment, the preprocessor 210 may include a first preprocessor 211 to a fourth preprocessor 214 . The first preprocessor 211 may convert a first vibration signal (g_x vibration signal) in the time domain output from the first vibration sensor into a first vibration signal (g_x FFT signal) in the frequency domain. The second preprocessor 212 may convert a second vibration signal (g_y vibration signal) of the time domain output from the second vibration sensor into a second vibration signal (g_y FFT signal) of the frequency domain. The third preprocessor 213 may convert a third vibration signal (g_z vibration signal) of the time domain output from the third vibration sensor into a third vibration signal (g_z FFT signal) of the frequency domain. The fourth preprocessing unit 214 may convert a fourth vibration signal (g_T vibration signal) of the time domain output from the fourth vibration sensor into a fourth vibration signal (g_T FFT signal) of the frequency domain.

도 4는 본 실시 예에 따른 정상 상태 및 고장 상태의 디바이스에서 출력되는 진동신호를 전처리한 결과를 도시한 도면이다. 도 4를 참조하면, 도 4a는 정상(normal) 상태의 디바이스(100)에서 발생한 시간도메인의 제1 진동신호(g_x vibration signal)를 전처리하여 주파수도메인의 제1 진동신호(g_x FFT signal)로 출력한 예를 도시하고 있고, 도 4b는 고장(broken) 상태의 디바이스들(100)에서 발생한 시간도메인의 제1 진동신호(g_x vibration signal)를 전처리하여 주파수도메인의 제1 진동신호(g_x FFT signal)로 출력한 예를 도시하고 있다.4 is a diagram illustrating a result of preprocessing a vibration signal output from a device in a normal state and a failure state according to the present embodiment. Referring to FIG. 4 , FIG. 4A shows that a first vibration signal (g_x vibration signal) in the time domain generated in the device 100 in a normal state is preprocessed and output as a first vibration signal (g_x FFT signal) in the frequency domain. An example is shown, and FIG. 4b is a first vibration signal (g_x FFT signal) in the frequency domain by pre-processing the first vibration signal (g_x vibration signal) in the time domain generated in the devices 100 in the broken state. An example output is shown.

산출부(220)는 전처리부(210)에서 출력되는 주파수도메인의 진동신호에 대하여 통계적 특성값들을 산출할 수 있다. 전처리부(210)에서 출력되는 주파수도메인의 진동신호를 후술하는 심층신경망 모델에 직접 입력할 수도 있지만, 고차원 입력 데이터로 작업할 때 복잡한 구조와 오랜 훈련 시간이 필요하기 때문에, 심층신경망 모델을 훈련하기 위해 입력되는 데이터를 축소하기 위해 통계적 특성값을 산출할 수 있다. 본 실시 예의 방식으로 훈련된 모델에 대해서는 이후의 적용 단계에서도 동일한 종류의 입력값이 입력되도록 할 수 있다.The calculator 220 may calculate statistical characteristic values for the vibration signal of the frequency domain output from the preprocessor 210 . The frequency domain vibration signal output from the preprocessor 210 can be directly input into the deep neural network model to be described later, but since it requires a complex structure and a long training time when working with high-dimensional input data, training the deep neural network model In order to reduce the input data for this purpose, a statistical characteristic value may be calculated. For the model trained by the method of the present embodiment, the same type of input value may be input in a subsequent application step.

한편, 전처리부(210)는, 제1 내지 제4 진동센서로부터 수신되는 제1 내지 제4 진동신호들을 평가하여 선별 수집하도록 구성될 수 있다.Meanwhile, the preprocessor 210 may be configured to evaluate and selectively collect first to fourth vibration signals received from the first to fourth vibration sensors.

수신되는 진동신호들 중에는 노이즈 또는 다른 외부 환경의 변화, 내부 처리 오류 등에 의해서 기계의 상태를 평가하기에 부적합한 진동신호가 있을 수도 있다. 따라서, 진동신호의 적합여부를 평가하여 적합한 신호만을 선별 수집하는 방식이 필요할 수 있다.Among the received vibration signals, there may be vibration signals that are not suitable for evaluating the state of the machine due to noise or other external environment changes, internal processing errors, and the like. Therefore, it may be necessary to evaluate the suitability of the vibration signal and select and collect only the appropriate signal.

예를 들어, 진동신호들에 대한 평가는 상기 제1 내지 제3 진동센서들로부터 수집되는 제1 내지 제3 진동신호들의 조합을 상기 제4 진동센서로부터 수집되는 제4 진동신호와 비교하여 상기 제1 내지 제4 진동신호의 이상여부를 평가함으로써 이루어지고, 이러한 선별 수집은 상기 평가에 기초하여 상기 제1 내지 제4 진동신호가 정상인 경우에 이루어질 수 있다. For example, the evaluation of the vibration signals is performed by comparing a combination of first to third vibration signals collected from the first to third vibration sensors with a fourth vibration signal collected from the fourth vibration sensor to determine the second vibration signal. It is performed by evaluating whether the first to fourth vibration signals are abnormal, and such selective collection may be performed when the first to fourth vibration signals are normal based on the evaluation.

예를 들어, 제1 내지 제3 축은 서로 직교하는 x, y, z 축이고. 제4 축은 x, y, z축에 의해 정의되는 대각선 축이라고 한다면, 한 세트(즉, 한 디바이스로부터 나온)의 진동신호들에 있어서 제1 축의 진동신호(제1 진동신호)의 크기의 제곱 값과, 제2 축의 진동신호(제2 진동신호)의 크기의 제곱 값과, 제3 축의 진동신호(제3 진동신호)의 크기의 제곱 값의 합이 대각선 축인 제4 축의 진동신호의 크기의 제곱 값과 동일해야 할 것이다.For example, the first to third axes are x, y, and z axes orthogonal to each other. If the fourth axis is a diagonal axis defined by the x, y, and z axes, the square value of the magnitude of the vibration signal (first vibration signal) of the first axis in a set of vibration signals (that is, from one device) and the square of the magnitude of the vibration signal (second vibration signal) of the second axis and the square of the magnitude of the vibration signal (third vibration signal) of the third axis is the diagonal of the square of the magnitude of the vibration signal of the fourth axis should be equal to the value.

만약, 한 세트의 진동신호들에 있어서 제1 진동신호의 크기의 제곱 값과, 제2 진동신호의 크기의 제곱 값과, 제3 진동신호의 크기의 제곱 값의 합이 제4 진동신호의 크기의 제곱 값과 일정 정도 이상의 차이가 난다면, 이러한 세트의 진동신호들은 정확하게 관측된 값이 아니라는 것을 알 수 있다. 따라서, 훈련 데이터를 생성하고 검증하는 장치(200)의 프로세서(도 7의 201)는 이러한 경우의 진동신호들에 대해서는 수집에 포함시키기 않을 수 있다.If, in one set of vibration signals, the sum of the square value of the magnitude of the first vibration signal, the square value of the magnitude of the second vibration signal, and the square value of the magnitude of the third vibration signal is the magnitude of the fourth vibration signal If there is a difference of more than a certain degree from the square value of , it can be seen that these sets of vibration signals are not accurately observed values. Accordingly, the processor ( 201 in FIG. 7 ) of the device 200 that generates and verifies the training data may not include the vibration signals in this case in the collection.

본 실시 예에서 산출부(220)는 주파수도메인의 진동신호의 평균값(mean), 중간(median)값, 최소(min)값, 최대(max)값, 첨도(kurtosis)값, 왜도(skewness)값, 표준편차(standard deviation)값과, 양진폭(peak-to-peak)값 중 하나 이상을 포함하는 통계적 특성값을 산출할 수 있다. 이는 진동신호 자체보다는 이러한 통계값을 이용하는 것이 진동신호의 특성을 반영하면서도 보다 적은 사이즈의 데이터로 모델의 훈련을 수행할 수 있기 때문이다.In this embodiment, the calculator 220 calculates the average value, the median value, the minimum value, the maximum value, the kurtosis value, and the skewness of the vibration signal of the frequency domain. A statistical characteristic value including at least one of a value, a standard deviation value, and a peak-to-peak value may be calculated. This is because using these statistical values rather than the vibration signal itself reflects the characteristics of the vibration signal while training the model with smaller size data.

여기서, 첨도는 확률분포의 모양이 뾰족한 정도를 나타내는 지표로 신호의 값들의 분포가 특정 값 근처에 몰려 뾰족한 형태를 이룰수록 첨도가 증가할 수 있다. 또한, 왜도는 확률 분포의 비대칭성을 나타내는 지표로 신호의 편중성(신호의 평균을 기준으로 신호 값들의 분포가 한쪽으로 몰리는 정도)이 증가할수록 왜도 또한 증가할 수 있다. 양진폭(peak-to-peak)은 신호의 전체 폭을 나타내는 지표로 신호에서 가장 작은 값과 가장 큰 값의 차이를 나타낼 수 있다.Here, the kurtosis is an index indicating the degree of sharpness of the probability distribution, and the kurtosis may increase as the distribution of signal values gathers near a specific value to form a sharp shape. In addition, skewness is an indicator indicating the asymmetry of the probability distribution, and as the signal bias (the degree to which the distribution of signal values shifts to one side with respect to the average of the signal) increases, the skewness may also increase. The positive amplitude (peak-to-peak) is an index indicating the overall width of the signal and may indicate the difference between the smallest value and the largest value in the signal.

본 실시 예에서, 산출부(220)는 제1 산출부(221) 내지 제4 산출부(224)를 포함할 수 있다. 제1 산출부(221)는 제1 전처리부(211)에서 출력되는 주파수도메인의 제1 진동신호(g_x FFT signal)에 대하여 상술한 8개의 통계적 특성값을 산출할 수 있다. 제2 산출부(222)는 제2 전처리부(212)에서 출력되는 주파수도메인의 제2 진동신호(g_y FFT signal)에 대하여 상술한 8개의 통계적 특성값을 산출할 수 있다. 제3 산출부(223)는 제3 전처리부(213)에서 출력되는 주파수도메인의 제3 진동신호(g_z FFT signal)에 대하여 상술한 8개의 통계적 특성값을 산출할 수 있다. 제4 산출부(224)는 제4 전처리부(214)에서 출력되는 주파수도메인의 제4 진동신호(g_T FFT signal)에 대하여 상술한 8개의 통계적 특성값을 산출할 수 있다.In this embodiment, the calculator 220 may include a first calculator 221 to a fourth calculator 224 . The first calculator 221 may calculate the above-described eight statistical characteristic values for the first vibration signal g_x FFT signal of the frequency domain output from the first preprocessor 211 . The second calculator 222 may calculate the above-described eight statistical characteristic values for the second vibration signal g_y FFT signal of the frequency domain output from the second preprocessor 212 . The third calculator 223 may calculate the above-described eight statistical characteristic values with respect to the third vibration signal g_z FFT signal of the frequency domain output from the third preprocessor 213 . The fourth calculation unit 224 may calculate the above-described eight statistical characteristic values for the fourth vibration signal g_T FFT signal of the frequency domain output from the fourth preprocessor 214 .

제1 결정부(230)는 제1 산출부(221) 내지 제4 산출부(224)로부터 출력되는 통계적 특성값들의 산출 결과를 비교하여 디바이스(100)가 결함이 있는 경우와 없는 경우에 가장 큰 차이를 보여주는 데이터(어떤 축의 진동신호의 어떤 통계 항목의 통계값인지)를 판단할 수 있다.The first determination unit 230 compares the calculation results of the statistical characteristic values output from the first calculation unit 221 to the fourth calculation unit 224 , and has the largest value when the device 100 has or does not have a defect. It is possible to judge the data showing the difference (the statistical value of which statistical item of which axis vibration signal).

상술한 예에서 제1 산출부(221) 내지 제4 산출부(224)는 각각 8개의 통계적 특성값을 산출하므로, 제1 결정부(230)는 4개의 축 각각마다 8개의 통계적 특성값을 수신하여 한 디바이스당 총 32개의 통계적 특성값을 수신할 수 있다.In the above-described example, since the first calculation unit 221 to the fourth calculation unit 224 each calculate 8 statistical characteristic values, the first determiner 230 receives 8 statistical characteristic values for each of the 4 axes. Thus, a total of 32 statistical characteristic values can be received per device.

제1 결정부(230)는 동일 축의 동일 통계 항목별로 제1 통계적 특성값들과 제2 통계적 특성값들을 비교하여 임계값 이상의 차이를 가지는 축 및 통계 항목을 결정할 수 있다.The first determiner 230 may determine an axis and a statistical item having a difference greater than or equal to a threshold value by comparing the first statistical characteristic values and the second statistical characteristic values for the same statistical item on the same axis.

예를 들어, 제1 결정부(230)는 디바이스 A, B, C로부터의 x축의 진동신호의 8개의 통계적 특성값들 각각을 디바이스 A', B', C'로부터의 x축의 진동신호의 8개의 통계적 특성값들 각각과 비교할 수 있다. For example, the first determination unit 230 calculates each of the eight statistical characteristic values of the vibration signal of the x-axis from the devices A, B, and C of the vibration signal of the x-axis from the devices A', B', and C'. It can be compared with each of the statistical characteristic values.

즉, 제1 결정부(230)는 결함이 있는 디바이스들인 디바이스 A, B, C로부터의 x축의 진동신호의 첨도값들의 범위와 결함이 없는 디바이스들인 디바이스 A', B', C'로부터의 x축의 진동신호의 첨도값들의 범위를 비교할 수 있다.That is, the first determiner 230 determines the range of kurtosis values of the vibration signal on the x-axis from devices A, B, and C, which are defective devices, and x from devices A', B', and C', which are devices without defects. The range of kurtosis values of the shaft vibration signal can be compared.

제1 결정부(230)는 모든 축의 진동신호의 모든 통계 항목에 대해 위와 같은 비교를 반복할 수 있다. 이러한 반복을 통해 비교되는 결함이 있는 디바이스들과 결함이 없는 디바이스들의 통계값들의 범위 사이의 갭이나(범위가 서로 떨어져 있는 경우), 겹쳐지는 범위의 크기(범위가 서로 겹쳐지는 경우)가 연산될 수 있다.The first determination unit 230 may repeat the above comparison for all statistical items of the vibration signals of all axes. Through this iteration, the gap between the ranges of statistical values of the devices with and without defects being compared (if the ranges are far apart), or the size of the overlapping ranges (if the ranges overlap with each other) can be calculated. can

제1 결정부(230)는 이러한 연산의 결과에 따라 결함이 있는 디바이스들과 결함이 없는 디바이스들의 통계값들의 범위 사이의 갭이 가장 큰 순서대로 그리고 겹쳐지는 범위가 가장 작은 순서대로 축 및 통계 항목들을 나열할 수 있다.The first determining unit 230 determines the axes and statistical items in the order of the largest gap between the ranges of statistical values of defective devices and non-defective devices according to the result of this operation and the smallest overlapping range. can be listed.

도 5를 참조하면, x축의 진동신호에 대한 통계적 특성값들(도 5(a) 참조) 중에서 첨도(kur)값에 있어서 결함이 있는 디바이스들과 결함이 없는 디바이스들의 통계값들의 범위 사이의 갭이 가장 크고, 다음으로 왜도(skew)값에 있어서 결함이 있는 디바이스들과 결함이 없는 디바이스들의 통계값들의 범위 사이의 갭이 크다. 다음으로, 서로 겹쳐지기는 하지만, 최대(max)값에 있어서 디바이스들과 결함이 없는 디바이스들의 통계값들의 겹쳐지는 범위가 작다. Referring to FIG. 5 , a gap between statistical values of defective devices and non-defective devices in the kurtosis (kur) value among statistical characteristic values for the vibration signal on the x-axis (refer to FIG. 5(a)) This is the largest, followed by a large gap between the ranges of statistical values of defective and non-defective devices in skew value. Next, although they overlap each other, the overlapping range of the statistical values of the devices and the defect-free devices in the max value is small.

따라서, 도 5의 경우로 보면 상위 3개의 축 및 통계 항목이 나열된다고 할 때, x축의 첨도값, x축의 왜도값, x축의 최대값의 순서대로 나열될 수 있다.Accordingly, in the case of FIG. 5 , when the top three axes and statistical items are listed, the kurtosis value of the x-axis, the skewness value of the x-axis, and the maximum value of the x-axis may be arranged in the order.

이러한 3개의 축 및 통계 항목의 값들이 디바이스가 결함이 있는 경우와 결함이 없는 경우를 가장 잘 보여주는 지표의 데이터로 선택될 수 있다. The values of these three axes and statistical items can be selected as the index data that best shows the case where the device is defective and the case where there is no defect.

여기서 몇 개의 상위 항목을 정할 것인지는 훈련 데이터를 생성하고 검증하는 장치(200)의 프로세싱 능력 및 메모리 용량 등과 같은 장치 성능에 따라 임의의 개수로 정해질 수 있다. 즉, 훈련 데이터를 생성하고 검증하는 장치(200)의 프로세싱 능력과 메모리 용량이 클수록 더 많은 수의 항목이 정해질 수 있다.Here, the number of higher-order items to be determined may be an arbitrary number according to device performance such as processing power and memory capacity of the device 200 for generating and verifying training data. That is, the greater the processing power and memory capacity of the apparatus 200 for generating and verifying training data, the greater the number of items may be determined.

로딩부(240)는 결함 검출 모델을 훈련시키기 위해 사용될 데이터들의 종류(어느 축의 어느 통계값)가 결정된 후에, 훈련 데이터 세트를 준비할 수 있다. 제1 디바이스들(110)은 결함이 있는 디바이스들이고, 제2 디바이스들(120)은 결함이 없는 디바이스들이라는 것이 훈련 데이터를 생성하고 검증하는 장치(200)에 알려져 있기 때문에 각각의 데이터에 정상, 또는 고장으로 레이블링 할 수 있다. 본 실시 예에서, 로딩부(240)는 결정된 축 및 통계 항목의 제1 통계적 특성값들이 비정상 상태로 레이블링된 비정상 데이터 세트와, 결정된 축 및 통계 항목의 제2 통계적 특성값들이 정상 상태로 레이블링된 정상 데이터 세트를 준비할 수 있다.The loading unit 240 may prepare a training data set after the type of data to be used for training the defect detection model (which statistic value on which axis) is determined. Normal to each data because it is known to the apparatus 200 that generates and validates the training data that the first devices 110 are defective devices and the second devices 120 are defect-free devices. Or it can be labeled as a failure. In this embodiment, the loading unit 240 includes an abnormal data set in which the determined first statistical characteristic values of the determined axis and statistical items are labeled as abnormal, and the determined second statistical characteristic values of the determined axis and statistical items are labeled as normal. A normal data set can be prepared.

제1 생성부(250)는 레이블링된 훈련 데이터를 이용하여 초기에 설정된 심층신경망 모델을 지도 학습 방식으로 훈련할 수 있다. 여기서, 초기에 설정된 심층신경망 모델은 디바이스의 결함을 검출할 수 있는 모델로 구성되기 위해 설계된 초기 모델로서 파라미터 값들은 임의의 초기값으로 설정되어 있는 상태이다.The first generator 250 may train the initially set deep neural network model in a supervised learning method using the labeled training data. Here, the initially set deep neural network model is an initial model designed to be configured as a model capable of detecting device defects, and parameter values are set to arbitrary initial values.

초기 모델은 상술한 훈련 데이터 세트를 통해 훈련되면서 파라미터 값들이 최적화되면서 디바이스의 결함을 정확히 검출할 수 있는 결함 검출 모델로 완성될 수 있다.The initial model may be completed as a defect detection model capable of accurately detecting a device defect while optimizing parameter values while training through the above-described training data set.

여기서, 제1 생성부(250)는 시간도메인의 진동신호를 사용하지 않고, 주파수도메인의 진동신호로부터 산출한 통계적 특성값을 이용하여 디바이스의 결함을 검출하도록 훈련되기 때문에 훈련 복잡도를 낮출 수 있다. 또한, 모든 축의 모든 통계적 특성값들이 아니라 결함을 판단하는데 유용한 것으로 판정된 데이터들만을 이용하여 훈련이 이루어지기 때문에 보다 신속하게 적은 비용으로 훈련이 이루어질 수 있다.Here, since the first generator 250 is trained to detect a device defect using statistical characteristic values calculated from the frequency domain vibration signal without using the time domain vibration signal, training complexity can be reduced. In addition, since training is performed using only data determined to be useful for judging defects, not all statistical characteristic values of all axes, training can be performed more quickly and at a lower cost.

예를 들어서, 심층신경망 모델은 주파수도메인의 제1 진동신호(g_x FFT signal)와, 주파수도메인의 제2 진동신호(g_y FFT signal)와, 주파수도메인의 제3 진동신호(g_z FFT signal)와, 주파수도메인의 제4 진동신호(g_T FFT signal)에 대한 통계적 특성값 중 최대값 및 첨도값을 기초로 디바이스의 고장 여부를 판단하도록 구성될 수도 있다.For example, the deep neural network model includes a first vibration signal (g_x FFT signal) in the frequency domain, a second vibration signal (g_y FFT signal) in the frequency domain, and a third vibration signal (g_z FFT signal) in the frequency domain, It may be configured to determine whether a device has failed based on a maximum value and a kurtosis value among statistical characteristic values for the fourth vibration signal (g_T FFT signal) in the frequency domain.

도 5는 본 실시 예에 따른 정상 상태 및 고장 상태의 디바이스에서 출력되는 진동신호에 대한 전처리 결과로부터 통계적 특성값을 산출한 결과를 도시한 도면이다. 5 is a diagram illustrating a result of calculating a statistical characteristic value from a preprocessing result for a vibration signal output from a device in a normal state and a failure state according to the present embodiment.

도 5를 참조하면, 도 5a는 정상(normal) 상태 및 고장(broken) 상태의 디바이스(100)에서 발생한 시간도메인의 제1 진동신호(g_x vibration signal)를 전처리한 주파수도메인의 제1 진동신호(x축의 진동신호, g_x FFT signal)로부터 산출한 통계적 특성의 분포를 도시하고 있다. Referring to FIG. 5 , FIG. 5A is a first vibration signal in the frequency domain obtained by preprocessing the first vibration signal g_x vibration signal in the time domain generated in the device 100 in a normal state and a broken state. The distribution of statistical characteristics calculated from the x-axis vibration signal, g_x FFT signal) is shown.

도 5b는 정상(normal) 상태 및 고장(broken) 상태의 디바이스(100)에서 발생한 시간도메인의 제2 진동신호(y축의 진동신호, g_y vibration signal)를 전처리한 주파수도메인의 제2 진동신호(g_y FFT signal)로부터 산출한 통계적 특성의 분포를 도시하고 있다. 5B is a second vibration signal (g_y) in the frequency domain obtained by pre-processing the second vibration signal (y-axis vibration signal, g_y vibration signal) of the time domain generated in the device 100 in the normal state and the broken state. The distribution of statistical characteristics calculated from the FFT signal) is shown.

도 5c는 정상(normal) 상태 및 고장(broken) 상태의 디바이스(100)에서 발생한 시간도메인의 제3 진동신호(z축의 진동신호, g_z vibration signal)를 전처리한 주파수도메인의 제1 진동신호(g_z FFT signal)로부터 산출한 통계적 특성의 분포를 도시하고 있다. 5C is a first vibration signal (g_z) in the frequency domain obtained by preprocessing the third vibration signal (z-axis vibration signal, g_z vibration signal) of the time domain generated in the device 100 in the normal state and the broken state. The distribution of statistical characteristics calculated from the FFT signal) is shown.

도 5d는 정상(normal) 상태 및 고장(broken) 상태의 디바이스(100)에서 발생한 시간도메인의 제4 진동신호(대각선 축인 T축의 진동신호, g_T vibration signal)를 전처리한 주파수도메인의 제4 진동신호(g_T FFT signal)로부터 산출한 통계적 특성의 분포를 도시하고 있다.5D is a fourth vibration signal in the frequency domain obtained by pre-processing the fourth vibration signal in the time domain (the vibration signal of the diagonal T axis, the g_T vibration signal) generated in the device 100 in the normal state and the broken state. The distribution of statistical characteristics calculated from (g_T FFT signal) is shown.

도 5a에서 주파수도메인의 제1 진동신호(g_x FFT signal)로부터 산출한 통계적 특성의 분포 중, 정상(normal) 상태 및 고장(broken) 상태의 첨도(max)값들 사이의 차이가, 도 5b 내지 도 5d에 도시된 주파수도메인의 제2 진동신호(g_y FFT signal), 주파수도메인의 제3 진동신호(g_z FFT signal) 및 주파수도메인의 제4 진동신호(g_T FFT signal)로부터 산출한 정상(normal) 상태 및 고장(broken) 상태의 첨도(max)값들의 차이보다 큼을 알 수 있다.Among the distributions of statistical characteristics calculated from the first vibration signal (g_x FFT signal) in the frequency domain in FIG. 5A , the difference between the kurtosis values of the normal state and the broken state is shown in FIGS. 5B to 5B . A normal state calculated from the second vibration signal (g_y FFT signal) of the frequency domain, the third vibration signal (g_z FFT signal) of the frequency domain, and the fourth vibration signal (g_T FFT signal) of the frequency domain shown in 5d And it can be seen that it is larger than the difference between the kurtosis (max) values of the broken state.

또한, 도 5a에서 주파수도메인의 제1 진동신호(g_x FFT signal)로부터 산출한 통계적 특성의 분포 중, 정상(normal) 상태 및 고장(broken) 상태의 왜도(skewness)값의 차이가, 도 5b 내지 도 5d에 도시된 주파수도메인의 제2 진동신호(g_y FFT signal), 주파수도메인의 제3 진동신호(g_z FFT signal) 및 주파수도메인의 제4 진동신호(g_T FFT signal)로부터 산출한 정상(normal) 상태 및 고장(broken) 상태의 왜도(skewness)값의 차이보다 큼을 알 수 있다.In addition, in the distribution of statistical characteristics calculated from the first vibration signal (g_x FFT signal) in the frequency domain in FIG. 5A , the difference between the skewness values of the normal state and the broken state is shown in FIG. 5B . The normal calculated from the second vibration signal (g_y FFT signal) of the frequency domain, the third vibration signal (g_z FFT signal) of the frequency domain, and the fourth vibration signal (g_T FFT signal) of the frequency domain shown in FIGS. 5D to 5D . ) state and it can be seen that it is larger than the difference between the skewness values of the broken state.

도 5로부터, 고장과 정상을 판별하기 위한 기준이 되는 데이터 항목의 임의의 개수가 2개라면, x축 진동신호의 첨도값 및 왜도값이 디바이스(100)의 결함 여부를 판단하는 기준이 될 수 있다는 것을 알 수 있다. 또한, 고장과 정상을 판별하기 위한 기준이 되는 데이터 항목의 임의의 개수가 3개라면, x축 진동신호의 첨도값, 왜도값 및 최대값이 디바이스(100)의 결함 여부를 판단하는 기준이 될 수 있다.From FIG. 5 , if the arbitrary number of data items serving as criteria for determining failure and normality is two, the kurtosis and skewness values of the x-axis vibration signal will be the criteria for determining whether the device 100 is defective. it can be seen that In addition, if the arbitrary number of data items serving as a criterion for determining a failure and a normality is three, the kurtosis value, skewness value, and maximum value of the x-axis vibration signal are the criteria for determining whether the device 100 is defective. can be

도 6은 본 실시 예에 따른 정상 상태 및 고장 상태의 디바이스에서 출력되는 진동신호에 대한 전처리 결과로부터 통계적 특성값 중 최대값과 첨도값의 분포를 도시한 도면이다. 6 is a diagram illustrating distributions of maximum values and kurtosis values among statistical characteristic values from pre-processing results for vibration signals output from devices in steady state and failure state according to the present embodiment.

도 6을 참조하면, 도 6a는 정상(normal) 상태 및 고장(broken) 상태의 디바이스들(100)에서 발생한 시간도메인의 제1 진동신호(g_x vibration signal)를 전처리한 주파수도메인의 제1 진동신호(g_x FFT signal)로부터 산출한 통계적 특성값 중 최대값과 첨도값의 분포를 도시하고 있다. 도 6b는 정상(normal) 상태 및 고장(broken) 상태의 디바이스들(100)에서 발생한 시간도메인의 제2 진동신호(g_y vibration signal)를 전처리한 주파수도메인의 제2 진동신호(g_y FFT signal)로부터 산출한 통계적 특성값 중 최대값과 첨도값의 분포를 도시하고 있다. Referring to FIG. 6 , FIG. 6A is a first vibration signal in the frequency domain obtained by preprocessing the first vibration signal g_x vibration signal in the time domain generated in the devices 100 in the normal state and the broken state. The distribution of the maximum value and the kurtosis value among the statistical characteristic values calculated from (g_x FFT signal) is shown. 6B is a second vibration signal (g_y FFT signal) in the frequency domain obtained by pre-processing the second vibration signal (g_y vibration signal) in the time domain generated in the devices 100 in the normal state and the broken state. The distribution of the maximum value and the kurtosis value among the calculated statistical characteristic values is shown.

도 6c는 정상(normal) 상태 및 고장(broken) 상태의 디바이스들(100)에서 발생한 시간도메인의 제3 진동신호(g_z vibration signal)를 전처리한 주파수도메인의 제3 진동신호(g_z FFT signal)로부터 산출한 통계적 특성값 중 최대값과 첨도값의 분포를 도시하고 있다. FIG. 6c shows a third vibration signal (g_z FFT signal) in a frequency domain obtained by preprocessing a third vibration signal (g_z vibration signal) in the time domain generated in the devices 100 in a normal state and a broken state. The distribution of the maximum value and the kurtosis value among the calculated statistical characteristic values is shown.

도 6d는 정상(normal) 상태 및 고장(broken) 상태의 디바이스들(100)에서 발생한 시간도메인의 제4 진동신호(g_T vibration signal)를 전처리한 주파수도메인의 제4 진동신호(g_T FFT signal)로부터 산출한 통계적 특성값 중 최대값과 첨도값의 분포를 도시하고 있다.FIG. 6d shows the fourth vibration signal (g_T FFT signal) in the frequency domain obtained by pre-processing the fourth vibration signal (g_T vibration signal) in the time domain generated in the devices 100 in the normal state and the broken state. The distribution of the maximum value and the kurtosis value among the calculated statistical characteristic values is shown.

도 6a에서 주파수도메인의 제1 진동신호(g_x FFT signal)로부터 산출한 정상(normal) 상태 및 고장(broken) 상태의 최대(max)값과 첨도(kurtosis)값의 분포의 식별이, 도 6b 내지 도 6d에 도시된 주파수도메인의 제2 진동신호(g_y FFT signal), 주파수도메인의 제3 진동신호(g_z FFT signal) 및 주파수도메인의 제4 진동신호(g_T FFT signal)로부터 산출한 정상(normal) 상태 및 고장(broken) 상태의 최대(max)값과 첨도(kurtosis)값의 분포의 식별보다 더 명확함을 알 수 있다.In FIG. 6A , the distribution of the maximum (max) value and the kurtosis value of the normal state and the broken state calculated from the first vibration signal (g_x FFT signal) of the frequency domain is identified in FIGS. 6B to The normal calculated from the second vibration signal (g_y FFT signal) of the frequency domain, the third vibration signal (g_z FFT signal) of the frequency domain, and the fourth vibration signal (g_T FFT signal) of the frequency domain shown in FIG. 6D It can be seen that it is clearer than the identification of the distribution of the max and kurtosis values of the state and the broken state.

도 6으로부터 주파수도메인의 제1 진동신호(g_y FFT signal)가 디바이스의 결함여부를 판단하는 기준이 된 것은 실험을 통하여 도출한 예일 뿐으로 이에 국한되지 않고, 다른 실시 예에서는 제1 진동신호(g_y FFT signal) 내지 제4 진동신호(g_T FFT signal) 중 하나가 기준이 될 수도 있으며, 그들 진동신호의 다른 통계적 특성값들이 될 수도 있다. From FIG. 6 , the fact that the first vibration signal (g_y FFT signal) in the frequency domain serves as a criterion for determining whether a device is defective is only an example derived through an experiment and is not limited thereto, and in another embodiment, the first vibration signal (g_y FFT signal) signal) to the fourth vibration signal (g_T FFT signal) may be a reference, and may be other statistical characteristic values of those vibration signals.

어떤 축의 신호의 어떤 통계적 특성값이 디바이스의 결함여부를 판단하는 기준이 될지는 이하에서도 설명될 흐름도의 방식에 의해 결정될 수 있다.Whether a certain statistical characteristic value of a signal of a certain axis is a criterion for determining whether a device is defective may be determined by the method of a flowchart to be described below.

상술한 내용으로부터, 로딩부(240)는 결정된 축 및 통계 항목의 제1 통계적 특성값이 비정상 상태로 레이블링된 비정상 데이터 세트와, 결정된 축 및 통계 항목의 제2 통계적 특성값이 정상 상태로 레이블링된 정상 데이터 세트를 준비할 수 있고, 제2 생성부(260)는 레이블링된 비정상 데이터 세트 중 적어도 일부를 오토인코더(auto encoder)에 적용하여 증강 비정상 데이터 그룹을 생성할 수 있다.From the above, the loading unit 240 includes an abnormal data set in which the determined first statistical characteristic value of the determined axis and statistical item is labeled as an abnormal state, and the determined second statistical characteristic value of the determined axis and the statistical item is labeled as a normal state. A normal data set may be prepared, and the second generator 260 may generate an augmented abnormal data group by applying at least a portion of the labeled abnormal data set to an auto encoder.

여기서, 오토인코더는, 기계 학습 방법의 일종으로, 비지도 학습(unsupervised learning)에 포함될 수 있다. 신경망 알고리즘(neural network)을 이용하여 어떤 입력이 신경망을 거쳐 나온 출력값이 그 입력값과 최대한 비슷해지도록 하는 것을 목표로 학습될 수 있다. 이때 입력값의 차원보다 신경망 뉴런의 개수가 크거나 같을 경우 학습의 의미가 없어질 수 있다. 입력값을 그대로 받아서 내보내면 그만이기 때문이다. 즉 의미를 가지기 위해서는 뉴런의 개수가 입력값의 차원보다 작을 수 있다. 이 학습의 결과 더 적은 수의 값들을 가지고 원래 값을 복원할 수 있는 압축의 효과를 얻을 수 있다. Here, the autoencoder is a kind of machine learning method and may be included in unsupervised learning. Using a neural network algorithm, an input can be learned with the goal of making an output value that is passed through a neural network as similar to the input value as possible. At this time, if the number of neural network neurons is greater than or equal to the dimension of the input value, the meaning of learning may be lost. This is because it is enough to take the input value as it is and export it. That is, in order to have meaning, the number of neurons may be smaller than the dimension of the input value. As a result of this learning, it is possible to obtain the effect of compression that can restore the original value with a smaller number of values.

도 6은 도 1 중 제2 생성부(260)의 구성을 개략적으로 설명하기 위하여 도시한 블록도이다. 도 6을 참조하면, 오토인코더로서의 제2 생성부(260)는 인코더(261) 및 디코더(262)를 포함할 수 있다.6 is a block diagram schematically illustrating the configuration of the second generator 260 of FIG. 1 . Referring to FIG. 6 , the second generator 260 as an autoencoder may include an encoder 261 and a decoder 262 .

도 6을 참조하면, 오토인코더(260)는 내부적으로 히든 레이어(은닉층, hidden layer)를 가지고 있으며, 입력 레이어(입력층, input layer)와 출력 레이어(출력층, output layer)의 노드 개수는 동일하고, 중간의 히든 레이어를 기준으로 인코더(encoder, 261)와 디코더(Decoder, 262)가 대칭적(symmetric)일 수 있다(weighting, bias, node의 개수 등). 일반적으로 히든 레이어의 노드 개수는 입력 레이어(입력 데이터의 크기) 보다 작은 수를 가질 수 있다.Referring to Figure 6, the autoencoder 260 has a hidden layer (hidden layer) internally, the number of nodes of the input layer (input layer, input layer) and the output layer (output layer, output layer) is the same , the encoder 261 and the decoder 262 may be symmetric based on the hidden layer in the middle (weighting, bias, number of nodes, etc.). In general, the number of nodes of the hidden layer may be smaller than that of the input layer (size of input data).

인코더(261)는 레이블링된 비정상 데이터 세트 중 적어도 일부를 인코딩하여 특징(feature)을 추출하고, 추출된 특징들을 압축 처리할 수 있다. 인코더(261)의 인코딩 과정에서 입력(레이블링된 비정상 데이터 세트 중 적어도 일부)이 압축되는데 입력값이 압축됨으로써 입력에서 출력으로의 손실은 발생할 수 있다. 이러한 인코딩 과정의 일환으로 입력이 무작위적이 아니라는 가정 하에 히든 레이어가 입력의 주요특징을 학습할 수 있다.The encoder 261 may encode at least a portion of the labeled abnormal data set to extract a feature, and compress the extracted features. In the encoding process of the encoder 261, an input (at least a part of the labeled abnormal data set) is compressed, and as the input value is compressed, a loss from the input to the output may occur. As part of this encoding process, the hidden layer can learn key features of the input under the assumption that the input is not random.

디코더(262)는 압축 처리된 특징들을 디코딩하여 레이블링된 비정상 데이터 세트 중 적어도 일부와 사이즈가 동일한 증강 비정상 데이터 그룹을 생성할 수 있다.The decoder 262 may generate an augmented abnormal data group having the same size as at least a portion of the labeled abnormal data set by decoding the compressed features.

검증부(270)는, 레이블링된 비정상 데이터 세트 중 제2 비정상 데이터 그룹과 제2 생성부(260)가 생성한 증강 비정상 데이터 그룹의 비율을 변경하며 비정상 데이터 판별 신경망의 정확도를 검증할 수 있다. The verification unit 270 may verify the accuracy of the abnormal data discrimination neural network by changing a ratio between the second abnormal data group and the augmented abnormal data group generated by the second generation unit 260 among the labeled abnormal data sets.

여기서, 레이블링된 비정상 데이터 세트 중 제1 비정상 데이터 그룹은 이전에 생성되어 로딩된 것이고, 레이블링된 비정상 데이터 세트 중 제2 비정상 데이터 그룹은 새롭게 생성되어 로딩된 것일 수 있다. 즉, 결함 검출 모델을 학습하는 훈련 데이터가 서로 다를 수 있음을 포함할 수 있다.Here, the first abnormal data group among the labeled abnormal data sets may be previously generated and loaded, and the second abnormal data group among the labeled abnormal data sets may be newly created and loaded. That is, it may include that training data for learning the defect detection model may be different.

제2 결정부(280)는 비정상 데이터 판별 신경망의 정확도를 검증한 결과를 기반으로 증강 비정상 데이터 그룹에 대한 훈련 데이터 인증 여부를 결정할 수 있다.The second determiner 280 may determine whether to authenticate the training data for the augmented abnormal data group based on a result of verifying the accuracy of the abnormal data determination neural network.

본 실시 예에서, 검증부(270)는 비정상 데이터 판별 신경망에 레이블링된 비정상 데이터 세트 중 제2 비정상 데이터 그룹과 증강 비정상 데이터 그룹을 제1 비율로 입력하여 제1 출력값을 획득할 수 있다. 여기서, 제1 비율은 예를 들어, 100%의 레이블링된 비정상 데이터 세트 중 제2 비정상 데이터 그룹과, 0%의 증강 비정상 데이터 그룹을 포함할 수 있다. 또한 제1 출력값은, 100%의 레이블링된 비정상 데이터 세트 중 제2 비정상 데이터 그룹과, 0%의 증강 비정상 데이터 그룹이 정상인지 비정상인지 여부를 나타내는 값을 포함할 수 있다.In the present embodiment, the verifier 270 may obtain a first output value by inputting the second abnormal data group and the augmented abnormal data group among the abnormal data sets labeled in the abnormal data discrimination neural network at a first ratio. Here, the first ratio may include, for example, a second abnormal data group of 100% of the labeled abnormal data set and an augmented abnormal data group of 0%. Also, the first output value may include a value indicating whether the second abnormal data group and the 0% augmented abnormal data group among 100% of the labeled abnormal data set are normal or abnormal.

검증부(270)는 비정상 데이터 판별 신경망에 레이블링된 비정상 데이터 세트 중 제2 비정상 데이터 그룹과 증강 비정상 데이터 그룹을 제2 비율로 입력하여 제2 출력값을 획득할 수 있다. 여기서, 제2 비율은 예를 들어, 60%의 레이블링된 비정상 데이터 세트 중 제2 비정상 데이터 그룹과, 40%의 증강 비정상 데이터 그룹을 포함할 수 있다. 또한 제2 출력값은, 60%의 레이블링된 비정상 데이터 세트 중 제2 비정상 데이터 그룹과, 40%의 증강 비정상 데이터 그룹이 정상인지 비정상인지 여부를 나타내는 값을 포함할 수 있다.The verifier 270 may obtain a second output value by inputting the second abnormal data group and the augmented abnormal data group among the abnormal data sets labeled in the abnormal data determination neural network at a second ratio. Here, the second ratio may include, for example, a second abnormal data group of 60% of the labeled abnormal data set and an augmented abnormal data group of 40%. In addition, the second output value may include a value indicating whether the second abnormal data group of 60% of the labeled abnormal data set and the 40% augmented abnormal data group are normal or abnormal.

본 실시 예에서, 비율에 대하여 예시적으로 제1 비율 및 제2 비율로 한정하여 개시하였으나, 이는 일 실시 예에 해당할 뿐 제1 비율 내지 제N 비율로 다양하게 변형할 수 있다.In this embodiment, the ratio has been disclosed by limiting the ratio to the first ratio and the second ratio, but this is only an example and may be variously modified from the first ratio to the N-th ratio.

검증부(270)는 제1 출력값과 제2 출력값에서 비정상 판단의 비율을 비교할 수 있다.The verification unit 270 may compare the ratio of abnormal determination in the first output value and the second output value.

제2 결정부(280)는 검증부(270)의 비정상 판단 비율의 비교 결과, 제1 출력값에서의 비정상 판단 비율과 제2 출력값에서의 비정상 판단 비율의 차이가 미리 결정된 임계치 이하이면 증강 비정상 데이터의 훈련 데이터 인증을 허여할 수 있다.As a result of the comparison of the abnormal determination ratio of the verification unit 270 , the second determination unit 280 determines that the difference between the abnormal determination ratio in the first output value and the abnormal determination rate in the second output value is less than or equal to a predetermined threshold value of the augmented abnormal data. Training data certification may be granted.

그러나 제2 결정부(280)는 제1 출력값에서의 비정상 판단 비율과 제2 출력값에서의 비정상 판단 비율의 차이가 미리 결정된 임계치를 초과하면 증강 비정상 데이터의 훈련 데이터 인증을 불허할 수 있다.However, when the difference between the abnormal determination ratio in the first output value and the abnormal determination ratio in the second output value exceeds a predetermined threshold, the second determiner 280 may disallow authentication of the augmented abnormal data training data.

제2 결정부(280)는 증강 비정상 데이터의 훈련 데이터 인증을 불허함에 따라, 레이블링된 비정상 데이터 세트 중 적어도 다른 일부를 오토인코더에 적용하여 증강 비정상 데이터를 생성하도록 제2 생성부(260)에게 지시할 수 있다.The second determining unit 280 instructs the second generating unit 260 to generate augmented abnormal data by applying at least another part of the labeled abnormal data set to the autoencoder as the training data authentication of the augmented abnormal data is disallowed. can do.

제어부(290) 훈련 데이터를 생성하고 검증하는 장치(200) 전체의 동작을 제어할 수 있다. 제어부(290)는 프로세서(processor)와 같이 데이터를 처리할 수 있는 모든 종류의 장치를 포함할 수 있다. 여기서, '프로세서(processor)'는, 예를 들어 프로그램 내에 포함된 코드 또는 명령어로 표현된 기능을 수행하기 위해 물리적으로 구조화된 회로를 갖는, 하드웨어에 내장된 데이터 처리 장치를 의미할 수 있다. 이와 같이 하드웨어에 내장된 데이터 처리 장치의 일 예로써, 마이크로프로세서(microprocessor), 중앙처리장치(central processing unit: CPU), 프로세서 코어(processor core), 멀티프로세서(multiprocessor), ASIC(application-specific integrated circuit), FPGA(field programmable gate array) 등의 처리 장치를 망라할 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.The controller 290 may control the overall operation of the apparatus 200 for generating and verifying training data. The controller 290 may include any type of device capable of processing data, such as a processor. Here, the 'processor' may refer to a data processing device embedded in hardware having a physically structured circuit to perform a function expressed by, for example, a code or an instruction included in a program. As an example of the data processing apparatus embedded in the hardware as described above, a microprocessor, a central processing unit (CPU), a processor core, a multiprocessor, an application-specific integrated (ASIC) circuit) and a processing device such as a field programmable gate array (FPGA), but the scope of the present invention is not limited thereto.

도 7은 다른 실시 예에 따른 훈련 데이터를 생성하고 검증하는 장치의 구성을 개략적으로 설명하기 위하여 도시한 블록도이다. 이하의 설명에서 도 1 내지 도 6에 대한 설명과 중복되는 부분은 그 설명을 생략하기로 한다. 도 7을 참조하면, 다른 실시 예에 따른 훈련 데이터를 생성하고 검증하는 장치(200)는 프로세서(201)및 메모리(202)를 포함할 수 있다.7 is a block diagram schematically illustrating a configuration of an apparatus for generating and verifying training data according to another embodiment. In the following description, descriptions of parts overlapping with those of FIGS. 1 to 6 will be omitted. Referring to FIG. 7 , an apparatus 200 for generating and verifying training data according to another embodiment may include a processor 201 and a memory 202 .

본 실시 예에서 프로세서(201)는 도 1의 전처리부(210), 산출부(220), 제1 결정부(230), 로딩부(240), 제1 생성부(250), 제2 생성부(260), 검증부(270), 제2 결정부(280) 및 제어부(290)가 수행하는 기능을 처리할 수 있다. In this embodiment, the processor 201 includes the preprocessor 210 , the calculator 220 , the first determiner 230 , the loading unit 240 , the first generator 250 , and the second generator of FIG. 1 . Functions performed by the 260 , the verification unit 270 , the second determination unit 280 , and the control unit 290 may be processed.

이러한 프로세서(201)는 훈련 데이터를 생성하고 검증하는 장치(200) 전체의 동작을 제어할 수 있다. 여기서, '프로세서(processor)'는, 예를 들어 프로그램 내에 포함된 코드 또는 명령어로 표현된 기능을 수행하기 위해 물리적으로 구조화된 회로를 갖는, 하드웨어에 내장된 데이터 처리 장치를 의미할 수 있다. 이와 같이 하드웨어에 내장된 데이터 처리 장치의 일 예로써, 마이크로프로세서(microprocessor), 중앙처리장치(central processing unit: CPU), 프로세서 코어(processor core), 멀티프로세서(multiprocessor), ASIC(application-specific integrated circuit), FPGA(field programmable gate array) 등의 처리 장치를 망라할 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.The processor 201 may control the overall operation of the apparatus 200 for generating and verifying training data. Here, the 'processor' may refer to a data processing device embedded in hardware having a physically structured circuit to perform a function expressed by, for example, a code or an instruction included in a program. As an example of the data processing apparatus embedded in the hardware as described above, a microprocessor, a central processing unit (CPU), a processor core, a multiprocessor, an application-specific integrated (ASIC) circuit) and a processing device such as a field programmable gate array (FPGA), but the scope of the present invention is not limited thereto.

메모리(202)는 프로세서(201)와 동작 가능하게 연결되고, 프로세서(201)에서 수행되는 동작과 연관하여 적어도 하나의 코드를 저장할 수 있다. The memory 202 may be operatively connected to the processor 201 and store at least one code in association with an operation performed by the processor 201 .

또한, 메모리(202)는 프로세서(201)가 처리하는 데이터를 일시적 또는 영구적으로 저장하는 기능을 수행할 수 있다. 여기서, 메모리(202)는 자기 저장 매체(magnetic storage media) 또는 플래시 저장 매체(flash storage media)를 포함할 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다. 이러한 메모리(202)는 내장 메모리 및/또는 외장 메모리를 포함할 수 있으며, DRAM, SRAM, 또는 SDRAM 등과 같은 휘발성 메모리, OTPROM(one time programmable ROM), PROM, EPROM, EEPROM, mask ROM, flash ROM, NAND 플래시 메모리, 또는 NOR 플래시 메모리 등과 같은 비휘발성 메모리, SSD, CF(compact flash) 카드, SD 카드, Micro-SD 카드, Mini-SD 카드, Xd 카드, 또는 메모리 스틱(memory stick) 등과 같은 플래시 드라이브, 또는 HDD와 같은 저장 장치를 포함할 수 있다.In addition, the memory 202 may perform a function of temporarily or permanently storing data processed by the processor 201 . Here, the memory 202 may include a magnetic storage media or a flash storage media, but the scope of the present invention is not limited thereto. Such memory 202 may include internal memory and/or external memory, such as volatile memory such as DRAM, SRAM, or SDRAM, one time programmable ROM (OTPROM), PROM, EPROM, EEPROM, mask ROM, flash ROM, NAND flash memory, or non-volatile memory such as NOR flash memory, SSD, compact flash (CF) card, SD card, Micro-SD card, Mini-SD card, Xd card, or flash drive such as a memory stick , or a storage device such as HDD.

도 8은 본 실시 예에 따른 훈련 데이터를 생성하고 검증하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 이하의 설명에서 도 1 내지 도 7에 대한 설명과 중복되는 부분은 그 설명을 생략하기로 한다.8 is a flowchart illustrating a method of generating and verifying training data according to the present embodiment. In the following description, descriptions of parts overlapping with those of FIGS. 1 to 7 will be omitted.

S810단계에서, 훈련 데이터를 생성하고 검증하는 장치(200)는 디바이스들(100)에 부착된 진동센서들로부터 진동신호들을 수집할 수 있다. 여기서, 디바이스들(100)은 결함 있는 것으로 미리 판정된 제1 디바이스들(110)과 결함이 없는 것으로 미리 판정된 제2 디바이스들(120)을 포함할 수 있다.In step S810 , the apparatus 200 for generating and verifying training data may collect vibration signals from vibration sensors attached to the devices 100 . Here, the devices 100 may include the first devices 110 pre-determined to be defective and the second devices 120 pre-determined as having no defects.

디바이스들에 부착되는 진동센서들은 적어도 직교하는 3축인 x축, y축, z축 방향의 진동을 감지하도록 배치될 수 있다. 이에 더하여 x축, y축, z축으로 정의되는 대각선 축(예를 들어, (1, 1, 1) 방향의 축)의 진동을 감지하는 진동센서도 배치될 수 있다.Vibration sensors attached to the devices may be arranged to sense vibrations in at least three orthogonal x-axis, y-axis, and z-axis directions. In addition, a vibration sensor for detecting vibration of a diagonal axis defined by the x-axis, the y-axis, and the z-axis (eg, an axis in the (1, 1, 1) direction) may be disposed.

어떤 디바이스가 결함이 있는 디바이스인지, 정상 디바이스인지 결함 훈련 데이터를 생성하고 검증하는 장치(200)에 알려져 있으므로, 결함 훈련 데이터를 생성하고 검증하는 장치(200)는 수집되는 진동신호가 결함이 있는 디바이스로부터 수집된 것인지, 정상인 디바이스로부터 수집된 것인지 알 수 있다.Since it is known to the apparatus 200 for generating and verifying the defect training data whether a device is a defective device or a normal device, the apparatus 200 for generating and verifying the defect training data determines that the collected vibration signal is a defective device. It is possible to know whether it was collected from or from a normal device.

결함 훈련 데이터를 생성하고 검증하는 장치(200)는 진동신호들을 수집할 때, 정상적인 진동신호인지 아닌지를 판단하여 선별적으로 수집할 수 있다. 결함 훈련 데이터를 생성하고 검증하는 장치(200)는 직교하는 3축의 진동신호들의 조합을 대각선 축의 진동신호와 비교하여 3축의 진동신호의 이상여부를 평가할 수 있다. 결함 훈련 데이터를 생성하고 검증하는 장치(200)는 이러한 평가의 결과에 기초하여 3축의 진동신호들이 정상인 경우의 진동신호만 수집할 수 있다.The apparatus 200 for generating and verifying defect training data may selectively collect vibration signals by determining whether they are normal vibration signals or not. The apparatus 200 for generating and verifying the defect training data may compare the combination of the vibration signals of the three orthogonal axes with the vibration signals of the diagonal axes to evaluate whether the vibration signal of the three axes is abnormal. The apparatus 200 for generating and verifying the defect training data may collect only the vibration signal when the vibration signals of the three axes are normal based on the result of such evaluation.

예를 들어, 디바이스 A의 직교하는 3축의 진동신호들 각각의 사이즈의 제곱값의 합이 대각선 축의 진동신호의 사이즈의 제곱값과 다르다면, 디바이스 A로부터의 진동신호는 정상적인 신호가 아닐 수 있다. 따라서, 결함 훈련 데이터를 생성하고 검증하는 장치(200)는 이후의 과정을 수행하는데 있어서 디바이스 A로부터의 신호는 제외할 수 있다.For example, if the sum of the square values of the sizes of the vibration signals on three orthogonal axes of the device A is different from the square values of the sizes of the vibration signals on the diagonal axis, the vibration signal from the device A may not be a normal signal. Accordingly, the apparatus 200 for generating and verifying the defect training data may exclude the signal from the device A in performing the subsequent process.

S820단계에서, 훈련 데이터를 생성하고 검증하는 장치(200)는 수집한 진동신호들로부터 주파수 도메인으로 변환된 진동신호들로부터 각각의 축의 진동신호들에 대하여 통계적 특성값들을 추출할 수 있다. 본 실시 예에서 수집된 진동신호들은 푸리에 트랜스폼을 통해 주파수 도메인의 진동신호로 변환된 후, 주파수 도메인으로 변환된 진동신호들로부터 각각의 축의 진동신호들에 대하여 통계적 특성값들이 추출될 수 있다. 주파수 도메인에서는 신호의 특성이 보다 명확하게 분석될 수 있다.In step S820, the apparatus 200 for generating and verifying the training data may extract statistical characteristic values for the vibration signals of each axis from the vibration signals converted into the frequency domain from the collected vibration signals. After the vibration signals collected in the present embodiment are converted into vibration signals in the frequency domain through Fourier transform, statistical characteristic values may be extracted from the vibration signals in the frequency domain for vibration signals of each axis. In the frequency domain, signal characteristics can be analyzed more clearly.

예를 들어, 주파수 도메인으로 변환된 제1 진동신호들로부터 각각의 축의 진동신호들에 대하여 제1 통계적 특성값들을 추출하고, 주파수 도메인으로 변환된 상기 제2 진동신호들로부터 각각의 축의 진동신호들에 대하여 제2 통계적 특성값들을 추출할 수 있다. For example, first statistical characteristic values are extracted with respect to the vibration signals of each axis from the first vibration signals converted into the frequency domain, and vibration signals of each axis are extracted from the second vibration signals converted into the frequency domain. It is possible to extract second statistical characteristic values for .

즉, 제1 디바이스들 중 각각의 디바이스로부터 획득된 각각의 축의 진동신호별로 통계적 특성값을 추출할 수 있다. 예를 들어, 디바이스 A, 디바이스 B, 디바이스 C가 있다면, 디바이스 A의 x, y, z 축 각각의 진동신호마다 8개의 통계적 특성값을 추출하고, 이를 B, C에서도 모두 수행할 수 있다. 예를 들어, 결함이 있는 디바이스들로부터의 진동신호들 중 x축의 진동신호에 대한 8개의 통계적 특성값들, y축의 진동신호에 대한 8개의 통계적 특성값들, z축의 진동신호에 대한 8개의 통계적 특성값들, 및 T축의 진동신호에 대한 8개의 통계적 특성값들이 추출되고, 결함이 없는 디바이스들로부터도 동일한 종류의 신호들이 추출될 수 있다.That is, a statistical characteristic value may be extracted for each vibration signal of each axis obtained from each device among the first devices. For example, if there are device A, device B, and device C, 8 statistical characteristic values are extracted for each vibration signal of each of the x, y, and z axes of device A, and this can be performed in both B and C. For example, among the vibration signals from defective devices, 8 statistical characteristic values for the vibration signal on the x-axis, 8 statistical characteristic values for the vibration signal on the y-axis, and 8 statistical characteristic values for the vibration signal on the z-axis Eight statistical characteristic values for the characteristic values and the vibration signal of the T-axis are extracted, and the same type of signals can be extracted from devices without defects.

S830단계에서, 결함 훈련 데이터를 생성하고 검증하는 장치(200)는 동일 축의 동일 통계 항목별로 결함 있는 디바이스의 진동신호의 통계적 특성값들과 결함 없는 디바이스의 진동신호의 통계적 특성값들을 비교하여, 임계값 이상의 차이를 가지는 축 및 통계 항목을 결정할 수 있다. In step S830, the apparatus 200 for generating and verifying the defect training data compares the statistical characteristic values of the vibration signal of the defective device and the vibration signal of the non-defective device for each same statistical item on the same axis, and the threshold It is possible to determine axes and statistical items that have a difference of more than a value.

예를 들어, 결함이 있는 것으로 미리 판정된 A, B, C 디바이스의 x축의 진동신호의 평균값을 결함이 없는 것으로 미리 판정된 A', B', C' 디바이스의 x축의 진동신호의 평균값과 비교할 수 있다는 의미이다.For example, to compare the average value of the vibration signals on the x-axis of devices A, B, and C, which are previously determined to be defective, with the average value of the vibration signals on the x-axis of devices, A', B', C', which are previously determined to be free of defects. it means you can

여기서, 임계값 이상의 차이를 가지는 축 및 통계 항목을 결정하는 단계는 제1 통계적 특성값들 중 제1 축의 진동신호들에 대한 제1 종류의 통계값들의 범위와 상기 제2 통계적 특성값들 중 상기 제1 축의 진동신호들에 대한 상기 제1 종류의 통계값들의 범위를 비교하고, 이러한 비교하는 단계를 모든 축의 진동신호들의 모든 종류의 통계값들에 대해 반복할 수 있다.Here, the step of determining the axis and the statistical item having a difference greater than or equal to the threshold value includes a range of a first type of statistical values for vibration signals of a first axis among the first statistical characteristic values, and a range of the first type of statistical values among the second statistical characteristic values. The range of the first kind of statistical values for the vibration signals of the first axis may be compared, and the step of comparing may be repeated for all kinds of statistical values of the vibration signals of all axes.

이러한 반복하는 단계 중 비교되는 통계값들의 범위 사이의 갭이 가장 큰 순서 및 겹치는 범위가 가장 작은 순서대로 축 및 통계 항목들을 나열하고, 나열되는 축 및 통계 항목들 중 임의의 개수의 상위 축 및 통계 항목을 선택할 수 있다.During this iterative step, the axes and statistics items are listed in the order of the largest gap between the ranges of statistical values compared and the smallest overlapping ranges, and the upper axis and statistics of any number of the listed axes and statistics items You can select an item.

예를 들어, 도 5의 경우를 참조하면, x축의 진동신호에 대한 통계적 특성값들(도 5(a) 참조) 중에서 첨도(kur)값에 있어서 결함이 있는 디바이스들과 결함이 없는 디바이스들의 통계값들의 범위 사이의 갭이 가장 크고, 다음으로 왜도(skew)값에 있어서 결함이 있는 디바이스들과 결함이 없는 디바이스들의 통계값들의 범위 사이의 갭이 크다. 다음으로, 서로 겹쳐지기는 하지만, 최대(max)값에 있어서 디바이스들과 결함이 없는 디바이스들의 통계값들의 겹쳐지는 범위가 작다. For example, referring to the case of FIG. 5, among the statistical characteristic values for the vibration signal on the x-axis (refer to FIG. 5(a)), the statistics of devices with and without defects in the kurtosis (kur) value The gap between the ranges of values is the largest, followed by the gap between the ranges of statistical values of defective devices and non-defective devices in skew value. Next, although they overlap each other, the overlapping range of the statistical values of the devices and the defect-free devices in the max value is small.

따라서, 도 5의 경우로 보면 상위 3개의 축 및 통계 항목이 나열된다고 할 때, x축의 첨도값, x축의 왜도값, x축의 최대값의 순서대로 나열될 수 있다. 이러한 3개의 축 및 통계 항목의 값들이 디바이스가 결함이 있는 경우와 결함이 없는 경우를 가장 잘 보여주는 지표의 데이터로 선택될 수 있다. 여기서 몇 개의 상위 항목을 정할 것인지는 결함 검출 모델 생성 장치의 프로세싱 능력 및 메모리 용량 등과 같은 장치 성능에 따라 임의의 개수로 정해질 수 있다. 즉, 모델 생성 장치의 프로세싱 능력과 메모리 용량이 클수록 더 많은 수의 항목이 정해질 수 있다.Accordingly, in the case of FIG. 5 , when the top three axes and statistical items are listed, the kurtosis value of the x-axis, the skewness value of the x-axis, and the maximum value of the x-axis may be arranged in the order. The values of these three axes and statistical items can be selected as the index data that best shows the case where the device is defective and the case where there is no defect. Here, the number of higher-order items may be determined as an arbitrary number according to device performance such as processing power and memory capacity of the device for generating a defect detection model. That is, the larger the processing power and memory capacity of the model generating apparatus, the greater the number of items can be determined.

S840단계에서, 결함 검출 모델을 훈련시키기 위해 사용될 데이터들의 종류(어느 축의 어느 통계값)가 결정된 후에, 결함 훈련 데이터를 생성하고 검증하는 장치(200)는 결정된 종류의 데이터들을 레이블링하여 훈련 데이터 세트를 준비할 수 있다. 제1 디바이스들(110)은 결함이 있는 디바이스들이고, 제2 디바이스들(120)은 결함이 없는 디바이스들이라는 것이 훈련 데이터를 생성하고 검증하는 장치(200)에 알려져 있기 때문에 각각의 데이터에 정상, 또는 고장으로 레이블링이 가능하다. 위의 예에 따르면, 제1 디바이스들(110)과 제2 디바이스들(120)의 진동신호들 중 x축의 진동신호들의 첨도값, 왜도값, 최대값에 대하여 정상 또는 고장의 레이블링이 이루어질 수 있다. 본 실시 예에서, 훈련 데이터를 생성하고 검증하는 장치(200)는 결정된 축 및 통계 항목의 제1 통계적 특성값들이 비정상 상태로 레이블링된 비정상 데이터 세트와, 결정된 축 및 통계 항목의 제2 통계적 특성값들이 정상 상태로 레이블링된 정상 데이터 세트를 준비할 수 있다.In step S840, after the type of data (which statistical value on which axis) to be used for training the defect detection model is determined, the apparatus 200 for generating and verifying the defect training data labels the determined type of data to generate a training data set. can be prepared Normal to each data because it is known to the apparatus 200 that generates and validates the training data that the first devices 110 are defective devices and the second devices 120 are defect-free devices. Or it can be labeled as a failure. According to the above example, normal or faulty labeling can be performed with respect to the kurtosis value, skewness value, and maximum value of the vibration signals of the x-axis among the vibration signals of the first devices 110 and the second devices 120 . have. In this embodiment, the apparatus 200 for generating and verifying training data includes an abnormal data set in which the determined first statistical characteristic values of the determined axis and statistical item are labeled as abnormal, and the determined second statistical characteristic value of the determined axis and statistical item. You can prepare a normal data set labeled as steady state.

S850단계에서, 훈련 데이터를 생성하고 검증하는 장치(200)는 레이블링된 비정상 데이터 세트 중 제1 비정상 데이터 그룹과 레이블링된 정상 데이터 세트를 훈련 데이터로 사용하여 심층신경망을 훈련시켜, 디바이스에서 발생하는 진동신호의 통계적 특성값을 이용하여 디바이스의 결함여부를 판단하는 결함 검출 모델을 생성할 수 있다. 여기서, 초기에 설정된 심층신경망 모델은 디바이스의 결함을 검출할 수 있는 모델로 구성되기 위해 설계된 초기 모델로서 파라미터 값들은 임의의 초기값으로 설정되어 있는 상태이다.In step S850, the apparatus 200 for generating and verifying training data trains a deep neural network using the first abnormal data group and the labeled normal data set among the labeled abnormal data sets as training data, and the vibration generated in the device A defect detection model for determining whether a device is defective can be generated by using the statistical characteristic value of the signal. Here, the initially set deep neural network model is an initial model designed to be configured as a model capable of detecting device defects, and parameter values are set to arbitrary initial values.

초기 모델은 상술된 훈련 데이터를 통해 훈련되면서 파라미터 값들이 최적화되면서 디바이스의 결함을 정확히 검출할 수 있는 결함 검출 모델로 완성될 수 있다.The initial model may be completed as a defect detection model capable of accurately detecting a device defect while optimizing parameter values while training through the above-described training data.

한편, 이후에 생성된 결함 검출 모델의 사용을 위해 사용자에게 입력되어야 할 축 및 통계 항목을 알려줄 수 있도록 결함 검출 모델에 위에서 결정된 축 및 통계 항목에 대한 정보가 태깅될 수 있다.Meanwhile, information on the axes and statistical items determined above may be tagged in the defect detection model to inform the user of the axes and statistical items to be input for use of the subsequently generated defect detection model.

사용자는 결함 검출 모델에 태깅된 정보를 통해 수집단계에서부터 해당 축의 진동신호만 수집하여 결함 검출 모델에 입력되도록 할 수 있고, 이에 따라 모델을 적용하는데 필요한 연산 자원이 효율적으로 사용될 수 있다.The user can collect only the vibration signal of the corresponding axis from the collection stage through the information tagged in the defect detection model and input it into the defect detection model, and thus the computational resources required to apply the model can be efficiently used.

S860단계에서, 훈련 데이터를 생성하고 검증하는 장치(200)는 레이블링된 비정상 데이터 세트 중 적어도 일부를 오토인코더(auto encoder)에 적용하여 증강 비정상 데이터 그룹을 생성할 수 있다. 훈련 데이터를 생성하고 검증하는 장치(200)는 레이블링된 비정상 데이터 세트 중 적어도 일부를 인코딩하여 특징(feature)을 추출하고, 추출된 특징들을 압축 처리할 수 있다. 인코딩 과정에서 입력(레이블링된 비정상 데이터 세트 중 적어도 일부)이 압축되는데 입력값이 압축됨으로써 입력에서 출력으로의 손실은 발생할 수 있다. 이러한 인코딩 과정의 일환으로 입력이 무작위적이 아니라는 가정 하에 히든 레이어가 입력의 주요특징을 학습할 수 있다. 훈련 데이터를 생성하고 검증하는 장치(200)는 압축 처리된 특징들을 디코딩하여 레이블링된 비정상 데이터 세트 중 적어도 일부와 사이즈가 동일한 증강 비정상 데이터 그룹을 생성할 수 있다.In step S860 , the apparatus 200 for generating and verifying training data may generate an augmented abnormal data group by applying at least a portion of the labeled abnormal data set to an auto encoder. The apparatus 200 for generating and verifying training data may extract features by encoding at least a portion of the labeled abnormal data set, and compress the extracted features. In the encoding process, the input (at least some of the labeled abnormal data set) is compressed, and as the input value is compressed, loss from input to output may occur. As part of this encoding process, the hidden layer can learn key features of the input under the assumption that the input is not random. The apparatus 200 for generating and verifying training data may generate an augmented abnormal data group having the same size as at least a portion of the labeled abnormal data set by decoding the compressed features.

S870단계에서, 훈련 데이터를 생성하고 검증하는 장치(200)는 레이블링된 비정상 데이터 세트 중 제2 비정상 데이터 그룹과 증강 비정상 데이터 그룹의 비율을 변경하며 결함 검출 모델의 정확도를 검증할 수 있다.In step S870 , the apparatus 200 for generating and verifying the training data may verify the accuracy of the defect detection model by changing the ratio of the second abnormal data group and the augmented abnormal data group among the labeled abnormal data set.

훈련 데이터를 생성하고 검증하는 장치(200)는 결함 검출 모델에 레이블링된 비정상 데이터 세트 중 제2 비정상 데이터 그룹과 증강 비정상 데이터 그룹을 제1 비율로 입력하여 제1 출력값을 획득할 수 있다. 훈련 데이터를 생성하고 검증하는 장치(200)는 결함 검출 모델에 레이블링된 비정상 데이터 세트 중 제2 비정상 데이터 그룹과 증강 비정상 데이터 그룹을 제2 비율로 입력하여 제2 출력값을 획득할 수 있다. 훈련 데이터를 생성하고 검증하는 장치(200)는 제1 출력값과 제2 출력값에서 비정상 판단의 비율을 비교하여 결함 검출 모델의 정확도를 산출할 수 있다.The apparatus 200 for generating and verifying training data may obtain a first output value by inputting the second abnormal data group and the augmented abnormal data group among the abnormal data sets labeled in the defect detection model at a first ratio. The apparatus 200 for generating and verifying training data may obtain a second output value by inputting the second abnormal data group and the augmented abnormal data group among the abnormal data sets labeled in the defect detection model at a second ratio. The apparatus 200 for generating and verifying the training data may calculate the accuracy of the defect detection model by comparing the ratio of abnormal determinations in the first output value and the second output value.

S880단계에서, 훈련 데이터를 생성하고 검증하는 장치(200)는 결함 검출 모델의 정확도를 검증한 결과를 기반으로 증강 비정상 데이터 그룹에 대한 훈련 데이터 인증 여부를 결정할 수 있다. 훈련 데이터를 생성하고 검증하는 장치(200)는 제1 출력값에서의 비정상 판단 비율과 제2 출력값에서의 비정상 판단 비율의 차이가 미리 결정된 임계치 이하이면 증강 비정상 데이터의 훈련 데이터 인증을 허여할 수 잇다. 그러나 훈련 데이터를 생성하고 검증하는 장치(200)는 제1 출력값에서의 비정상 판단 비율과 제2 출력값에서의 비정상 판단 비율의 차이가 미리 결정된 임계치를 초과하면 증강 비정상 데이터의 훈련 데이터 인증을 불허할 수 있다.In step S880, the apparatus 200 for generating and verifying the training data may determine whether to authenticate the training data for the augmented abnormal data group based on the result of verifying the accuracy of the defect detection model. The apparatus 200 for generating and verifying training data may allow authentication of training data of augmented abnormal data when the difference between the abnormal determination ratio in the first output value and the abnormal determination ratio in the second output value is less than or equal to a predetermined threshold. However, the apparatus 200 for generating and verifying training data may disallow training data authentication of augmented abnormal data when the difference between the abnormal determination ratio in the first output value and the abnormal determination ratio in the second output value exceeds a predetermined threshold. have.

훈련 데이터를 생성하고 검증하는 장치(200)는 제1 출력값에서의 비정상 판단 비율과 제2 출력값에서의 비정상 판단 비율의 차이가 미리 결정된 임계치를 초과하면, 레이블링된 비정상 데이터 세트 중 적어도 다른 일부를 오토인코더에 적용하여 증강 비정상 데이터를 생성할 수 있다.The apparatus 200 for generating and verifying training data automatically performs at least another part of the labeled abnormal data set when the difference between the abnormal judgment ratio in the first output value and the abnormal judgment ratio in the second output value exceeds a predetermined threshold. It can be applied to an encoder to generate augmented anomalous data.

이상 설명된 본 발명에 따른 실시 예는 컴퓨터 상에서 다양한 구성요소를 통하여 실행될 수 있는 컴퓨터 프로그램의 형태로 구현될 수 있으며, 이와 같은 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터로 판독 가능한 매체에 기록될 수 있다. 이때, 매체는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM 및 DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical medium), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은, 프로그램 명령어를 저장하고 실행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치를 포함할 수 있다.The embodiment according to the present invention described above may be implemented in the form of a computer program that can be executed through various components on a computer, and such a computer program may be recorded in a computer-readable medium. In this case, the medium includes a hard disk, a magnetic medium such as a floppy disk and a magnetic tape, an optical recording medium such as CD-ROM and DVD, a magneto-optical medium such as a floppy disk, and a ROM. , RAM, flash memory, and the like, hardware devices specially configured to store and execute program instructions.

한편, 상기 컴퓨터 프로그램은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것이거나 컴퓨터 소프트웨어 분야의 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 예에는, 컴파일러에 의하여 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용하여 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함될 수 있다.Meanwhile, the computer program may be specially designed and configured for the present invention, or may be known and used by those skilled in the computer software field. Examples of the computer program may include not only machine language codes such as those generated by a compiler, but also high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter or the like.

본 발명의 명세서(특히 특허청구범위에서)에서 "상기"의 용어 및 이와 유사한 지시 용어의 사용은 단수 및 복수 모두에 해당하는 것일 수 있다. 또한, 본 발명에서 범위(range)를 기재한 경우 상기 범위에 속하는 개별적인 값을 적용한 발명을 포함하는 것으로서(이에 반하는 기재가 없다면), 발명의 상세한 설명에 상기 범위를 구성하는 각 개별적인 값을 기재한 것과 같다. In the specification of the present invention (especially in the claims), the use of the term "above" and similar referential terms may be used in both the singular and the plural. In addition, when a range is described in the present invention, each individual value constituting the range is described in the detailed description of the invention as including the invention to which individual values belonging to the range are applied (unless there is a description to the contrary). same as

본 발명에 따른 방법을 구성하는 단계들에 대하여 명백하게 순서를 기재하거나 반하는 기재가 없다면, 상기 단계들은 적당한 순서로 행해질 수 있다. 반드시 상기 단계들의 기재 순서에 따라 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 본 발명에서 모든 예들 또는 예시적인 용어(예들 들어, 등등)의 사용은 단순히 본 발명을 상세히 설명하기 위한 것으로서 특허청구범위에 의해 한정되지 않는 이상 상기 예들 또는 예시적인 용어로 인해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한, 당업자는 다양한 수정, 조합 및 변경이 부가된 특허청구범위 또는 그 균등물의 범주 내에서 설계 조건 및 팩터에 따라 구성될 수 있음을 알 수 있다.The steps constituting the method according to the present invention may be performed in an appropriate order, unless there is an explicit order or description to the contrary. The present invention is not necessarily limited to the order in which the steps are described. The use of all examples or exemplary terms (eg, etc.) in the present invention is merely for the purpose of describing the present invention in detail, and the scope of the present invention is limited by the examples or exemplary terms unless defined by the claims. it's not going to be In addition, those skilled in the art will appreciate that various modifications, combinations, and changes may be made in accordance with design conditions and factors within the scope of the appended claims or their equivalents.

따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 또는 이로부터 등가적으로 변경된 모든 범위는 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Therefore, the spirit of the present invention should not be limited to the above-described embodiments, and the scope of the spirit of the present invention is not limited to the scope of the scope of the present invention. will be said to belong to

100: 디바이스들
200: 훈련 데이터를 생성하고 검증하는 장치
201: 프로세서 202: 메모리
210: 전처리부 220: 산출부
230: 제1 결정부 240: 로딩부
250: 제1 생성부 260: 제2 생성부
270: 검증부 280: 제2 결정부
290: 제어부
100: devices
200: a device for generating and validating training data
201: processor 202: memory
210: preprocessor 220: calculation unit
230: first determining unit 240: loading unit
250: first generating unit 260: second generating unit
270: verification unit 280: second determination unit
290: control unit

Claims (20)

훈련 데이터를 생성하고 검증하는 장치의 프로세서에 의해 수행되는, 훈련 데이터를 생성하고 검증하는 방법으로서,
결함이 있는 것으로 판정된 제1 디바이스들과 결함이 없는 것으로 판정된 제2 디바이스들에 각각 부착되어 상기 제1 및 제2 디바이스들이 동작하는 동안 적어도 직교하는 3축의 진동을 감지하도록 배치된 진동센서들에 의해 상기 제1 디바이스들의 제1 진동신호들 및 상기 제2 디바이스들의 제2 진동신호들을 수집하는 단계;
상기 제1 진동신호들로부터 각각의 축의 진동신호들에 대하여 제1 통계적 특성값들을 추출하고, 상기 제2 진동신호들로부터 각각의 축의 진동신호들에 대하여 제2 통계적 특성값들을 추출하는 단계;
동일 축의 동일 통계 항목별로 상기 제1 통계적 특성값들과 상기 제2 통계적 특성값들을 비교하여 임계값 이상의 차이를 가지는 축 및 통계 항목을 결정하는 단계;
결정된 상기 축 및 통계 항목의 제1 통계적 특성값들이 비정상 상태로 레이블링된 비정상 데이터 세트와, 결정된 상기 축 및 통계 항목의 제2 통계적 특성값들이 정상 상태로 레이블링된 정상 데이터 세트를 준비하는 단계;
상기 레이블링된 비정상 데이터 세트 중 제1 비정상 데이터 그룹과 상기 레이블링된 정상 데이터 세트를 훈련 데이터로 사용하여 심층신경망을 훈련시켜, 디바이스에서 발생하는 진동신호의 통계적 특성값을 이용하여 상기 디바이스의 결함 여부를 검출하는 결함 검출 모델을 생성하는 단계;
상기 레이블링된 비정상 데이터 세트 중 적어도 일부를 오토인코더(auto encoder)에 적용하여 증강 비정상 데이터 그룹을 생성하는 단계;
상기 레이블링된 비정상 데이터 세트 중 제2 비정상 데이터 그룹과 상기 증강 비정상 데이터 그룹의 비율을 변경하며 상기 결함 검출 모델의 정확도를 검증하는 단계; 및
상기 결함 검출 모델의 정확도를 검증한 결과를 기반으로 상기 증강 비정상 데이터 그룹에 대한 훈련 데이터 인증 여부를 결정하는 단계를 포함하고,
상기 결함 검출 모델의 정확도를 검증하는 단계는,
상기 결함 검출 모델에 상기 레이블링된 비정상 데이터 세트 중 상기 제2 비정상 데이터 그룹과 상기 증강 비정상 데이터 그룹을 제1 비율로 입력하여 제1 출력값을 획득하는 단계;
상기 결함 검출 모델에 상기 레이블링된 비정상 데이터 세트 중 상기 제2 비정상 데이터 그룹과 상기 증강 비정상 데이터 그룹을 제2 비율로 입력하여 제2 출력값을 획득하는 단계; 및
상기 제1 출력값과 상기 제2 출력값에서 비정상 판단의 비율을 비교하는 단계를 포함하는,
훈련 데이터를 생성하고 검증하는 방법.
A method of generating and validating training data, performed by a processor of a device generating and validating the training data, the method comprising:
Vibration sensors attached to the first devices determined to be defective and the second devices determined to be free, respectively, and arranged to sense vibration of at least three orthogonal axes while the first and second devices operate collecting first vibration signals of the first devices and second vibration signals of the second devices by
extracting first statistical characteristic values for the vibration signals of each axis from the first vibration signals, and extracting second statistical characteristic values with respect to the vibration signals of each axis from the second vibration signals;
determining an axis and a statistical item having a difference equal to or greater than a threshold value by comparing the first statistical characteristic values with the second statistical characteristic values for the same statistical items on the same axis;
preparing an abnormal data set in which the determined first statistical characteristic values of the axes and statistical items are labeled as abnormal and a normal data set in which the determined second statistical characteristic values of the axes and statistical items are labeled as normal;
A deep neural network is trained using the first abnormal data group among the labeled abnormal data set and the labeled normal data set as training data, and whether the device is defective by using the statistical characteristic value of the vibration signal generated in the device. generating a defect detection model to detect;
generating an augmented anomaly data group by applying at least a portion of the labeled anomaly data set to an auto encoder;
changing a ratio of a second abnormal data group and the augmented abnormal data group in the labeled abnormal data set and verifying accuracy of the defect detection model; and
Determining whether to authenticate training data for the augmented abnormal data group based on a result of verifying the accuracy of the defect detection model,
The step of verifying the accuracy of the defect detection model comprises:
obtaining a first output value by inputting the second abnormal data group and the augmented abnormal data group among the labeled abnormal data set to the defect detection model at a first ratio;
obtaining a second output value by inputting the second abnormal data group and the augmented abnormal data group among the labeled abnormal data set to the defect detection model at a second ratio; and
Comprising the step of comparing the ratio of abnormal determination in the first output value and the second output value,
How to generate and validate training data.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 진동신호들 및 상기 제2 진동신호들은 상기 3축의 진동신호들에 더하여 상기 직교하는 3축에 의해 정의되는 대각선 축의 진동신호들을 포함하고,
상기 수집하는 단계는,
상기 3축의 진동신호들의 조합을 상기 대각선 축의 진동신호와 비교하여 상기 3축의 진동신호의 이상여부를 평가하는 단계; 및
상기 평가하는 단계의 결과에 기초하여 상기 3축의 진동신호 중 정상인 경우의 진동신호만 수집하는 단계를 포함하는,
훈련 데이터를 생성하고 검증하는 방법.
The method of claim 1,
The first vibration signals and the second vibration signals include vibration signals of a diagonal axis defined by the three orthogonal axes in addition to the vibration signals of the three axes,
The collecting step is
comparing the combination of the vibration signals of the three axes with the vibration signals of the diagonal axis to evaluate whether the vibration signal of the three axes is abnormal; and
Comprising the step of collecting only the vibration signal in the case of normal among the vibration signals of the three axes based on the result of the evaluation step,
How to generate and validate training data.
제 1 항에 있어서,
상기 수집하는 단계 이후에,
수집된 상기 제1 진동신호들 및 상기 제2 진동신호들을 푸리에 트랜스폼을 통해 주파수 도메인으로 변환하는 단계를 더 포함하고,
상기 추출하는 단계는,
주파수 도메인으로 변환된 상기 제1 진동신호들로부터 제1 통계적 특성값들을 추출하는 단계; 및
주파수 도메인으로 변환된 상기 제2 진동신호들로부터 제2 통계적 특성값들을 추출하는 단계를 포함하는,
훈련 데이터를 생성하고 검증하는 방법.
The method of claim 1,
After the collecting step,
The method further comprises converting the collected first and second vibration signals into a frequency domain through a Fourier transform,
The extraction step is
extracting first statistical characteristic values from the first vibration signals converted into the frequency domain; and
Including the step of extracting second statistical characteristic values from the second vibration signals converted to the frequency domain,
How to generate and validate training data.
제 3 항에 있어서,
상기 제1 통계적 특성값들 및 상기 제2 통계적 특성값들은 주파수 도메인으로 변환된 각 축의 진동신호들의 평균값(mean), 중간(median)값, 최소(min)값, 최대(max)값, 첨도(kurtosis)값, 왜도(skewness)값, 표준편차(standard deviation)값과, 양진폭(peak-to-peak)값 중 하나 이상을 포함하는,
훈련 데이터를 생성하고 검증하는 방법.
4. The method of claim 3,
The first statistical characteristic values and the second statistical characteristic values are a mean value, a median value, a minimum value, a maximum value, a kurtosis ( Including one or more of a kurtosis value, a skewness value, a standard deviation value, and a peak-to-peak value,
How to generate and validate training data.
제 1 항에 있어서,
상기 축 및 통계 항목을 결정하는 단계는,
상기 제1 통계적 특성값들 중 제1 축의 진동신호들에 대한 제1 종류의 통계값들의 범위와 상기 제2 통계적 특성값들 중 상기 제1 축의 진동신호들에 대한 상기 제1 종류의 통계값들의 범위를 비교하는 단계;
상기 비교하는 단계를 모든 축의 진동신호들의 모든 종류의 통계값들에 대해 반복하는 단계;
상기 반복하는 단계 중 비교되는 통계값들의 범위 사이의 갭이 가장 큰 순서 및 겹치는 범위가 가장 작은 순서대로 축 및 통계 항목들을 나열하는 단계; 및
나열되는 축 및 통계 항목들 중 임의의 개수의 상위 축 및 통계 항목을 선택하는 단계를 포함하는,
훈련 데이터를 생성하고 검증하는 방법.
The method of claim 1,
The step of determining the axis and the statistical item is,
The range of the first kind of statistical values for the vibration signals on the first axis among the first statistical characteristic values and the statistical values of the first kind for the vibration signals on the first axis among the second statistical characteristic values comparing ranges;
repeating the comparing step for all kinds of statistical values of vibration signals of all axes;
listing the axes and statistical items in the order of the largest gap between the ranges of statistical values compared during the repeating step and the smallest overlapping range; and
selecting any number of top axes and statistics items from among the listed axes and statistics items;
How to generate and validate training data.
제 1 항에 있어서,
상기 결함 검출 모델의 적용 과정에서 사용자에게 입력되어야 할 축 및 통계 항목을 알려줄 수 있도록 상기 결함 검출 모델에 상기 결정하는 단계에서 결정된 축 및 통계 항목을 태깅하는 단계를 더 포함하는,
훈련 데이터를 생성하고 검증하는 방법.
The method of claim 1,
The method further comprising the step of tagging the axis and the statistical item determined in the determining step to the defect detection model so as to inform the user of the axis and the statistical item to be input in the process of applying the defect detection model,
How to generate and validate training data.
제 1 항에 있어서,
상기 증강 비정상 데이터 그룹을 생성하는 단계는,
상기 레이블링된 비정상 데이터 세트 중 적어도 일부를 인코딩하여 특징(feature)을 추출하고, 추출된 특징들을 압축 처리하는 단계; 및
상기 압축 처리된 특징들을 디코딩하여 상기 레이블링된 비정상 데이터 세트 중 적어도 일부와 유사한 증강 비정상 데이터 그룹을 생성하는 단계를 포함하는,
훈련 데이터를 생성하고 검증하는 방법.
The method of claim 1,
The step of generating the augmented abnormal data group comprises:
extracting features by encoding at least a portion of the labeled abnormal data set, and compressing the extracted features; and
decoding the compressed features to generate an augmented anomalous data group similar to at least a portion of the labeled anomalous data set;
How to generate and validate training data.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 훈련 데이터 인증 여부를 결정하는 단계는,
상기 제1 출력값에서의 비정상 판단 비율과 상기 제2 출력값에서의 비정상 판단 비율의 차이가 미리 결정된 임계치 이하이면 상기 증강 비정상 데이터의 훈련 데이터 인증을 허여하는 단계; 및
상기 제1 출력값에서의 비정상 판단 비율과 상기 제2 출력값에서의 비정상 판단 비율의 차이가 미리 결정된 임계치를 초과하면 상기 증강 비정상 데이터의 훈련 데이터 인증을 불허하는 단계를 포함하는,
훈련 데이터를 생성하고 검증하는 방법.
The method of claim 1,
The step of determining whether to authenticate the training data is,
allowing training data authentication of the augmented abnormal data when a difference between the abnormality determination ratio in the first output value and the abnormal determination rate in the second output value is less than or equal to a predetermined threshold; and
disallowing authentication of training data of the augmented abnormal data when the difference between the abnormal determination ratio in the first output value and the abnormal determination ratio in the second output value exceeds a predetermined threshold,
How to generate and validate training data.
제 9 항에 있어서,
상기 제1 출력값에서의 비정상 판단 비율과 상기 제2 출력값에서의 비정상 판단 비율의 차이가 미리 결정된 임계치를 초과하면, 상기 레이블링된 비정상 데이터 세트 중 적어도 다른 일부를 오토인코더에 적용하여 증강 비정상 데이터를 생성하는 단계를 더 포함하는,
훈련 데이터를 생성하고 검증하는 방법.
10. The method of claim 9,
When the difference between the abnormal determination ratio in the first output value and the abnormal determination ratio in the second output value exceeds a predetermined threshold, at least another part of the labeled abnormal data set is applied to the autoencoder to generate augmented abnormal data further comprising the step of
How to generate and validate training data.
훈련 데이터를 생성하고 검증하는 장치로서,
프로세서; 및
상기 프로세서와 동작 가능하게 연결되고 상기 프로세서에서 수행되는 적어도 하나의 코드를 저장하는 메모리를 포함하고,
상기 메모리는 상기 프로세서를 통해 실행될 때, 상기 프로세서가 결함이 있는 것으로 판정된 제1 디바이스들과 결함이 없는 것으로 판정된 제2 디바이스들에 각각 부착되어 상기 제1 및 제2 디바이스들이 동작하는 동안 적어도 직교하는 3축의 진동을 감지하도록 배치된 진동센서들에 의해 상기 제1 디바이스들의 제1 진동신호들 및 상기 제2 디바이스들의 제2 진동신호들을 수집하고,
상기 제1 진동신호들로부터 각각의 축의 진동신호들에 대하여 제1 통계적 특성값들을 추출하고, 상기 제2 진동신호들로부터 각각의 축의 진동신호들에 대하여 제2 통계적 특성값들을 추출하고,
동일 축의 동일 통계 항목별로 상기 제1 통계적 특성값들과 상기 제2 통계적 특성값들을 비교하여 임계값 이상의 차이를 가지는 축 및 통계 항목을 결정하고,
결정된 상기 축 및 통계 항목의 제1 통계적 특성값들이 비정상 상태로 레이블링된 비정상 데이터 세트와, 결정된 상기 축 및 통계 항목의 제2 통계적 특성값들이 정상 상태로 레이블링된 정상 데이터 세트를 준비하고,
상기 레이블링된 비정상 데이터 세트 중 제1 비정상 데이터 그룹과 상기 레이블링된 정상 데이터 세트를 훈련 데이터로 사용하여 심층신경망을 훈련시켜, 디바이스에서 발생하는 진동신호의 통계적 특성값을 이용하여 상기 디바이스의 결함 여부를 검출하는 결함 검출 모델을 생성하고,
상기 레이블링된 비정상 데이터 세트 중 적어도 일부를 오토인코더(auto encoder)에 적용하여 증강 비정상 데이터 그룹을 생성하고,
상기 레이블링된 비정상 데이터 세트 중 제2 비정상 데이터 그룹과 상기 증강 비정상 데이터 그룹의 비율을 변경하며 상기 결함 검출 모델의 정확도를 검증하고,
상기 결함 검출 모델의 정확도를 검증한 결과를 기반으로 상기 증강 비정상 데이터 그룹에 대한 훈련 데이터 인증 여부를 결정하도록 야기하는 코드를 저장하고,
상기 메모리는 상기 프로세서로 하여금,
상기 결함 검출 모델의 정확도를 검증할 때, 상기 결함 검출 모델에 상기 레이블링된 비정상 데이터 세트 중 상기 제2 비정상 데이터 그룹과 상기 증강 비정상 데이터 그룹을 제1 비율로 입력하여 제1 출력값을 획득하고,
상기 결함 검출 모델에 상기 레이블링된 비정상 데이터 세트 중 상기 제2 비정상 데이터 그룹과 상기 증강 비정상 데이터 그룹을 제2 비율로 입력하여 제2 출력값을 획득하고,
상기 제1 출력값과 상기 제2 출력값에서 비정상 판단의 비율을 비교하도록 야기하는 코드를 저장하는,
훈련 데이터를 생성하고 검증하는 장치.
A device for generating and validating training data, comprising:
processor; and
a memory operatively coupled to the processor and storing at least one code executed by the processor;
The memory, when executed by the processor, is attached to the first devices determined to be defective and the second devices determined to be non-defective, respectively, so that the processor is at least as long as the first and second devices are in operation. Collecting the first vibration signals of the first devices and the second vibration signals of the second devices by vibration sensors arranged to sense the vibration of three orthogonal axes,
extracting first statistical characteristic values for the vibration signals of each axis from the first vibration signals, and extracting second statistical characteristic values for the vibration signals of each axis from the second vibration signals;
determining an axis and a statistical item having a difference greater than or equal to a threshold value by comparing the first statistical characteristic values and the second statistical characteristic values for the same statistical items on the same axis;
Prepare an abnormal data set in which the determined first statistical characteristic values of the axis and the statistical item are labeled as an abnormal state, and a normal data set in which the determined second statistical characteristic values of the determined axis and the statistical item are labeled as a normal state,
A deep neural network is trained using the first abnormal data group among the labeled abnormal data set and the labeled normal data set as training data, and whether the device is defective by using the statistical characteristic value of the vibration signal generated in the device. create a defect detection model to detect,
applying at least a portion of the labeled anomaly data set to an auto encoder to generate an augmented anomaly data group;
changing a ratio of a second abnormal data group and the augmented abnormal data group in the labeled abnormal data set and verifying accuracy of the defect detection model;
storing a code causing a determination of whether to authenticate training data for the augmented abnormal data group based on a result of verifying the accuracy of the defect detection model;
The memory causes the processor to
When verifying the accuracy of the defect detection model, inputting the second abnormal data group and the augmented abnormal data group among the labeled abnormal data set to the defect detection model at a first ratio to obtain a first output value,
obtaining a second output value by inputting the second abnormal data group and the augmented abnormal data group among the labeled abnormal data set to the defect detection model at a second ratio;
storing a code causing comparison of a ratio of abnormal determinations in the first output value and the second output value;
A device that generates and validates training data.
제 11 항에 있어서,
상기 메모리는 상기 프로세서로 하여금,
상기 제1 진동신호들 및 상기 제2 진동신호들은 상기 3축의 진동신호들에 더하여 상기 직교하는 3축에 의해 정의되는 대각선 축의 진동신호들을 포함하고,
상기 진동신호들을 수집할 때, 상기 3축의 진동신호들의 조합을 상기 대각선 축의 진동신호와 비교하여 상기 3축의 진동신호의 이상여부를 평가하고,
상기 평가하는 단계의 결과에 기초하여 상기 3축의 진동신호 중 정상인 경우의 진동신호만 수집하도록 야기하는 코드를 저장하는,
훈련 데이터를 생성하고 검증하는 장치.
12. The method of claim 11,
The memory causes the processor to
The first vibration signals and the second vibration signals include vibration signals of a diagonal axis defined by the three orthogonal axes in addition to the vibration signals of the three axes,
When collecting the vibration signals, the combination of the vibration signals of the three axes is compared with the vibration signal of the diagonal axis to evaluate whether the vibration signal of the three axes is abnormal,
Storing a code that causes only the vibration signal in the normal case among the vibration signals of the three axes to be collected based on the result of the evaluation step,
A device that generates and validates training data.
제 11 항에 있어서,
상기 메모리는 상기 프로세서로 하여금,
상기 진동신호들을 수집한 이후에, 수집된 상기 제1 진동신호들 및 상기 제2 진동신호들을 푸리에 트랜스폼을 통해 주파수 도메인으로 변환하도록 야기하는 코드를 더 저장하고,
상기 특성값들을 추출할 때, 주파수 도메인으로 변환된 상기 제1 진동신호들로부터 제1 통계적 특성값들을 추출하고, 주파수 도메인으로 변환된 상기 제2 진동신호들로부터 제2 통계적 특성값들을 추출하도록 야기하는 코드를 저장하는,
훈련 데이터를 생성하고 검증하는 장치.
12. The method of claim 11,
The memory causes the processor to
after collecting the vibration signals, further storing a code causing the collected first vibration signals and the second vibration signals to be converted into a frequency domain through a Fourier transform,
When extracting the characteristic values, first statistical characteristic values are extracted from the first vibration signals converted to the frequency domain, and second statistical characteristic values are extracted from the second vibration signals converted to the frequency domain to store the code to
A device that generates and validates training data.
제 13 항에 있어서,
상기 메모리는 상기 프로세서로 하여금,
상기 제1 통계적 특성값들 및 상기 제2 통계적 특성값들은 주파수 도메인으로 변환된 각 축의 진동신호들의 평균값(mean), 중간(median)값, 최소(min)값, 최대(max)값, 첨도(kurtosis)값, 왜도(skewness)값, 표준편차(standard deviation)값과, 양진폭(peak-to-peak)값 중 하나 이상을 포함하도록 야기하는 코드를 저장하는,
훈련 데이터를 생성하고 검증하는 장치.
14. The method of claim 13,
The memory causes the processor to
The first statistical characteristic values and the second statistical characteristic values are a mean value, a median value, a minimum value, a maximum value, a kurtosis ( storing a code causing it to include one or more of a kurtosis value, a skewness value, a standard deviation value, and a peak-to-peak value;
A device that generates and validates training data.
제 11 항에 있어서,
상기 메모리는 상기 프로세서로 하여금,
상기 축 및 통계 항목을 결정할 때, 상기 제1 통계적 특성값들 중 제1 축의 진동신호들에 대한 제1 종류의 통계값들의 범위와 상기 제2 통계적 특성값들 중 상기 제1 축의 진동신호들에 대한 상기 제1 종류의 통계값들의 범위를 비교하고,
상기 비교하는 단계를 모든 축의 진동신호들의 모든 종류의 통계값들에 대해 반복하고,
상기 반복하는 단계 중 비교되는 통계값들의 범위 사이의 갭이 가장 큰 순서 및 겹치는 범위가 가장 작은 순서대로 축 및 통계 항목들을 나열하고,
나열되는 축 및 통계 항목들 중 임의의 개수의 상위 축 및 통계 항목을 선택하도록 야기하는 코드를 저장하는,
훈련 데이터를 생성하고 검증하는 장치.
12. The method of claim 11,
The memory causes the processor to
When determining the axis and the statistical item, the range of the first kind of statistical values for the vibration signals of the first axis among the first statistical characteristic values and the vibration signals of the first axis among the second statistical characteristic values comparing the ranges of the first kind of statistical values for
repeating the comparing step for all kinds of statistical values of vibration signals of all axes,
In the repeating step, the axes and statistical items are listed in the order of the largest gap between the ranges of statistical values compared and the smallest overlapping range,
storing code that causes the selection of any number of top axes and statistics items among the listed axes and statistics items;
A device that generates and validates training data.
제 11 항에 있어서,
상기 메모리는 상기 프로세서로 하여금,
상기 결함 검출 모델의 적용 과정에서 사용자에게 입력되어야 할 축 및 통계 항목을 알려줄 수 있도록 상기 결함 검출 모델에, 결정된 축 및 통계 항목을 태깅하도록 야기하는 코드를 더 저장하는,
훈련 데이터를 생성하고 검증하는 장치.
12. The method of claim 11,
The memory causes the processor to
Further storing a code causing tagging of the determined axes and statistical items in the defect detection model so as to inform the user of the axes and statistical items to be input in the process of applying the defect detection model,
A device that generates and validates training data.
제 11 항에 있어서,
상기 메모리는 상기 프로세서로 하여금,
상기 증강 비정상 데이터 그룹을 생성할 때, 상기 레이블링된 비정상 데이터 세트 중 적어도 일부를 인코딩하여 특징(feature)을 추출하고, 추출된 특징들을 압축 처리하고,
상기 압축 처리된 특징들을 디코딩하여 상기 레이블링된 비정상 데이터 세트 중 적어도 일부와 유사한 증강 비정상 데이터 그룹을 생성하도록 야기하는 코드를 저장하는,
훈련 데이터를 생성하고 검증하는 장치.
12. The method of claim 11,
The memory causes the processor to
When generating the augmented anomaly data group, encoding at least a part of the labeled anomaly data set to extract a feature, compressing the extracted features,
storing code that causes decoding of the compressed features to generate an augmented anomalous data group similar to at least a portion of the labeled anomalous data set;
A device that generates and validates training data.
삭제delete 제 11 항에 있어서,
상기 메모리는 상기 프로세서로 하여금,
상기 훈련 데이터 인증 여부를 결정할 때, 상기 제1 출력값에서의 비정상 판단 비율과 상기 제2 출력값에서의 비정상 판단 비율의 차이가 미리 결정된 임계치 이하이면 상기 증강 비정상 데이터의 훈련 데이터 인증을 허여하고,
상기 제1 출력값에서의 비정상 판단 비율과 상기 제2 출력값에서의 비정상 판단 비율의 차이가 미리 결정된 임계치를 초과하면 상기 증강 비정상 데이터의 훈련 데이터 인증을 불허하도록 야기하는 코드를 저장하는,
훈련 데이터를 생성하고 검증하는 장치.
12. The method of claim 11,
The memory causes the processor to
When determining whether to authenticate the training data, if the difference between the abnormal determination rate in the first output value and the abnormal determination rate in the second output value is less than or equal to a predetermined threshold, the training data authentication of the augmented abnormal data is allowed,
storing a code for causing disallowing training data authentication of the augmented abnormal data when a difference between the abnormal determination ratio in the first output value and the abnormal determination ratio in the second output value exceeds a predetermined threshold;
A device that generates and validates training data.
제 19 항에 있어서,
상기 메모리는 상기 프로세서로 하여금,
상기 제1 출력값에서의 비정상 판단 비율과 상기 제2 출력값에서의 비정상 판단 비율의 차이가 미리 결정된 임계치를 초과하면, 상기 레이블링된 비정상 데이터 세트 중 적어도 다른 일부를 오토인코더에 적용하여 증강 비정상 데이터를 생성하도록 야기하는 코드를 더 저장하는,
훈련 데이터를 생성하고 검증하는 장치.
20. The method of claim 19,
The memory causes the processor to
When the difference between the abnormal determination ratio in the first output value and the abnormal determination ratio in the second output value exceeds a predetermined threshold, at least another part of the labeled abnormal data set is applied to the autoencoder to generate augmented abnormal data to store more code that causes it to
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