DE202023106044U1 - A system for carrying out the performance assessment of rolling element bearings - Google Patents

A system for carrying out the performance assessment of rolling element bearings Download PDF

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Abstract

Ein System zur Durchführung einer Leistungsverschlechterungsbewertung von Wälzlagern, umfassend:
eine Signalerfassungseinheit, die eine Lagereinheit zur Erfassung von Lagervibrationssignalen verwendet;
eine Zerlegungsverarbeitungseinheit zum Zerlegen des erfassten Lagerschwingungssignals in Produktfunktionen (PFs), wobei die Zerlegungsverarbeitungseinheit eine dedizierte Hardware verwendet, die unter Verwendung der lokalen Mittelwertzerlegung (Local Mean Decomposition, LMD) konfiguriert ist;
ein Merkmalsextraktionsmodul, das einen konfigurierten Prozessor zum Extrahieren von Hüllkurvensignalen aus Produktfunktionen verwendet, wobei dem Prozessor zerlegte Produktfunktionen als Eingabe zugeführt werden und der Prozessor dann geeignete Fehlermerkmale oder Hüllkurvensignale aus eingegebenen Produktfunktionen extrahiert;
eine Hauptverarbeitungseinheit mit einem dedizierten Prozessor, der trainiert wird, indem er die extrahierten Merkmale aus den Produktfunktionen als Eingabe für das Training nutzt, was zur Entwicklung eines trainierten SC-PI-Modells (Spectral Clustering-Parting Index) mit optimaler Clusteranzahl führt;
ein Echtzeit-Lagerzustandsbewertungsmodul in Verbindung mit der Hauptverarbeitungseinheit, das so konfiguriert ist, dass es den Zustand des Wälzlagers mithilfe eines speziellen Prozessors bewertet, der dafür geschult ist, dies auf der Grundlage extrahierter Merkmale zu tun, die als Eingabe für das Training der Hauptverarbeitungseinheit verwendet werden; Und
eine Benutzeroberfläche zum Anzeigen der Ergebnisse der abschließenden Zustandsbewertung des Wälzlagers und zum Anzeigen eines vom Echtzeit-Lagerzustandsbewertungsmodul berechneten Konfidenzwerts zur Anzeige der Zuverlässigkeit der Bewertung.

Figure DE202023106044U1_0000
A system for performing performance degradation assessment of rolling bearings, comprising:
a signal detection unit that uses a bearing unit to detect bearing vibration signals;
a decomposition processing unit for decomposing the detected bearing vibration signal into product functions (PFs), the decomposition processing unit using dedicated hardware configured using local mean decomposition (LMD);
a feature extraction module that uses a configured processor to extract envelope signals from product functions, the processor being provided with decomposed product functions as input and the processor then extracting appropriate defect features or envelope signals from input product functions;
a main processing unit with a dedicated processor that is trained by using the extracted features from the product functions as input for training, resulting in the development of a trained SC-PI (Spectral Clustering-Parting Index) model with optimal number of clusters;
a real-time bearing condition assessment module in conjunction with the main processing unit, configured to evaluate the condition of the rolling bearing using a special processor trained to do so based on extracted features used as input for training the main processing unit become; And
a user interface for displaying the results of the final condition assessment of the rolling bearing and for displaying a confidence value calculated by the real-time bearing condition assessment module to indicate the reliability of the assessment.
Figure DE202023106044U1_0000

Description

GEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein System zur Durchführung einer Leistungsverschlechterungsbewertung von Wälzlagern, insbesondere auf ein System, das eine lokale Mittelwertzerlegung und spezielle Clusterbildung zur Durchführung einer Zustandsbewertung von Wälzlagern in mechanischen Maschinen nutzt.The present disclosure relates to a system for performing performance degradation evaluation of rolling bearings, particularly to a system that uses local averaging and special clustering to perform condition evaluation of rolling bearings in mechanical machines.

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION

Wälzlager (REBs) sind kritische Komponenten in rotierenden Maschinen, und ihr Ausfall stellt eine erhebliche Bedrohung für Leistung, Zuverlässigkeit und Sicherheit dar und führt zu erheblichen finanziellen Verlusten. Statistiken zeigen, dass Lagerfehler eine der Hauptursachen für Ausfälle von Motor- und Flugzeugtriebwerken sind. Angesichts dieser Tatsache wird die Notwendigkeit einer wirksamen Zustandsbewertung von REBs deutlich, um Fehlfunktionen zu verhindern und Ausfallzeiten zu reduzieren.Rolling bearings (REBs) are critical components in rotating machinery and their failure poses a significant threat to performance, reliability and safety and results in significant financial losses. Statistics show that bearing failures are one of the leading causes of engine and aircraft engine failures. Given this fact, the need for effective condition assessment of REBs becomes clear to prevent malfunctions and reduce downtime.

Im Laufe der Jahre wurden Anstrengungen unternommen, um Prognosemodule für die Beurteilung des REB-Zustands zu entwickeln. Diese Module nutzen fortschrittliche Werkzeuge der künstlichen Intelligenz, Signalverarbeitungstechniken und nichtlineare Theorien. In diesem Zusammenhang besteht Bedarf an einer Erfindung, die die Vorteile der Local Mean Decomposition (LMD) und Spectral Clustering (SC) nutzt, um ein Bewertungsmodell und einen Degradationsindex für Lager zu erstellen. Die Erfindung muss den entscheidenden Bedarf an einer genauen REB-Zustandsbewertung ansprechen und darauf abzielen, die mit Lagerausfällen in Maschinen verbundenen Risiken zu mindern, die Zuverlässigkeit zu erhöhen und finanzielle Verluste zu minimieren, indem innovative Techniken wie LMD und SC eingesetzt werden, um eine Lösung für dieses dringende Problem zu finden.Over the years, efforts have been made to develop prognostic modules for assessing REB condition. These modules use advanced artificial intelligence tools, signal processing techniques and nonlinear theories. In this context, there is a need for an invention that takes advantage of Local Mean Decomposition (LMD) and Spectral Clustering (SC) to create an assessment model and degradation index for bearings. The invention must address the critical need for accurate REB condition assessment and aim to mitigate the risks associated with bearing failures in machines, increase reliability and minimize financial losses by using innovative techniques such as LMD and SC to provide a solution for this urgent problem.

Aus der vorstehenden Diskussion wird deutlich, dass ein Bedarf an einem System besteht, das eine lokale Mittelwertzerlegung und spezielle Clusterbildung zur Zustandsbewertung von Wälzlagern in mechanischen Maschinen nutzt.From the above discussion, it is clear that there is a need for a system that uses local averaging and special clustering to assess the condition of rolling bearings in mechanical machines.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Die vorliegende Offenbarung betrifft ein System zur Durchführung einer Leistungsverschlechterungsbewertung von Wälzlagern. Die Erfindung präsentiert ein neuartiges System zur Beurteilung des Zustands von Wälzlagern, entscheidenden Komponenten in mechanischen Systemen. Das System erfasst zunächst Vibrationssignale von einem Lagerprüfstand und zerlegt sie anschließend mithilfe der Local Mean Decomposition (LMD) in Produktfunktionen (PFs). Anschließend werden den PFs entsprechende Hüllkurvensignale extrahiert, um impulsive Informationen hervorzuheben. Mithilfe der PFs-Hüllkurvensignale wird ein Merkmalsraum erstellt, und Merkmale wie Singular Value (SV) und Singular Value Envelope (SVE) werden aufgrund ihrer außergewöhnlichen Kompetenz zur Zustandsbewertung eingesetzt. Die von LMD abgeleiteten Merkmale werden mithilfe von Spectral Clustering with Parting Index (SC-PI) klassifiziert, um ein Bewertungsmodell zu erstellen, wobei die optimale Anzahl von Clustern durch PI bestimmt wird. Eine vergleichende Analyse mit vorhandenen Indizes zeigt die überlegene Leistung dieses Systems bei der Bewertung der optimalen Clusterzahlen und trägt zu einer genaueren und zuverlässigeren Beurteilung des Lagerzustands in verschiedenen mechanischen Systemen bei.The present disclosure relates to a system for performing performance degradation evaluation of rolling bearings. The invention presents a novel system for assessing the condition of rolling bearings, critical components in mechanical systems. The system first acquires vibration signals from a bearing test bench and then decomposes them into product functions (PFs) using Local Mean Decomposition (LMD). Envelope signals corresponding to the PFs are then extracted to highlight impulsive information. A feature space is constructed using the PFs envelope signals, and features such as Singular Value (SV) and Singular Value Envelope (SVE) are used for condition assessment due to their exceptional proficiency. The features derived from LMD are classified using Spectral Clustering with Parting Index (SC-PI) to build a scoring model, where the optimal number of clusters is determined by PI. A comparative analysis with existing indices demonstrates the superior performance of this system in evaluating the optimal cluster numbers and contributes to a more accurate and reliable assessment of bearing condition in various mechanical systems.

Die vorliegende Offenbarung zielt darauf ab, ein System zur Durchführung einer Leistungsverschlechterungsbewertung von Wälzlagern bereitzustellen. Das System umfasst: eine Signalerfassungseinheit, die eine Lagertesteinheit zur Erfassung von Lagervibrationssignalen verwendet; eine Zerlegungsverarbeitungseinheit zum Zerlegen des erfassten Lagerschwingungssignals in Produktfunktionen (PFs), wobei die Zerlegungsverarbeitungseinheit eine dedizierte Hardware verwendet, die unter Verwendung der lokalen Mittelwertzerlegung (Local Mean Decomposition, LMD) konfiguriert ist; ein Merkmalsextraktionsmodul, das einen konfigurierten Prozessor zum Extrahieren von Hüllkurvensignalen aus Produktfunktionen verwendet, wobei dem Prozessor zerlegte Produktfunktionen als Eingabe zugeführt werden und der Prozessor dann geeignete Fehlermerkmale oder Hüllkurvensignale aus eingegebenen Produktfunktionen extrahiert; eine Hauptverarbeitungseinheit mit einem dedizierten Prozessor, der trainiert wird, indem er die extrahierten Merkmale aus den Produktfunktionen als Eingabe für das Training nutzt, was zur Entwicklung eines trainierten SC-PI-Modells (Spectral Clustering-Parting Index) mit optimaler Clusteranzahl führt; ein Echtzeit-Lagerzustandsbewertungsmodul in Verbindung mit der Hauptverarbeitungseinheit, das so konfiguriert ist, dass es den Zustand des Wälzlagers mithilfe eines speziellen Prozessors bewertet, der dafür geschult ist, dies auf der Grundlage extrahierter Merkmale zu tun, die als Eingabe für das Training der Hauptverarbeitungseinheit verwendet werden; und eine Benutzeroberfläche zum Anzeigen der Ergebnisse der abschließenden Zustandsbewertung des Wälzlagers sowie zum Anzeigen eines vom Echtzeit-Lagerzustandsbewertungsmodul berechneten Konfidenzwerts, um die Zuverlässigkeit der Bewertung anzuzeigen.The present disclosure aims to provide a system for performing performance degradation evaluation of rolling bearings. The system includes: a signal acquisition unit that uses a bearing test unit to acquire bearing vibration signals; a decomposition processing unit for decomposing the detected bearing vibration signal into product functions (PFs), the decomposition processing unit using dedicated hardware configured using local mean decomposition (LMD); a feature extraction module that uses a configured processor to extract envelope signals from product functions, the processor being provided with decomposed product functions as input and the processor then extracting appropriate defect features or envelope signals from input product functions; a main processing unit with a dedicated processor that is trained by using the extracted features from the product functions as input for training, resulting in the development of a trained SC-PI (Spectral Clustering-Parting Index) model with optimal number of clusters; a real-time bearing condition assessment module in conjunction with the main processing unit, configured to evaluate the condition of the rolling bearing using a special processor trained to do so based on extracted features used as input for training the main processing unit become; and a user interface for displaying the results of the final condition assessment of the rolling bearing and for displaying a confidence value calculated by the real-time bearing condition assessment module to indicate the reliability of the assessment.

In einer Ausführungsform umfasst der Lagerprüfstand Komponenten, nämlich eine Geschwindigkeitssteuereinheit, einen ersten Beschleunigungsmesser, eine Lastscheibe, einen zweiten Beschleunigungsmesser, ein erstes Lagergehäuse, eine Klauenkupplung, einen Näherungssensor, einen Wechselstrommotor, ein Computersystem und eine Datenerfassungseinheit, zweites Lagergehäuse und eine Welle.In one embodiment, the bearing test stand includes components, namely a speed control unit, a first accelerometer, a load disk, a second accelerometer, a first bearing housing, a dog clutch, a proximity sensor, an AC motor, a computer system and a data acquisition unit, second bearing housing and a shaft.

In einer Ausführungsform wird die Merkmalsextraktion zu erhaltenen Merkmalen aus dem Training des Modells zur Bewertung über die gesamte Ausfallhistorie eines verschlechterten Lagers und einige Merkmale eines gesunden Lagers durchgeführt.In one embodiment, feature extraction is performed on obtained features from training the model for evaluation over the entire failure history of a degraded bearing and some features of a healthy bearing.

Das System zur Durchführung einer Leistungsverschlechterungsbewertung von Wälzlagern umfasst weiterhin: ein Clustering-Modul mit einem programmierten Prozessor, der so konfiguriert ist, dass er Spectral Clustering (SC) durchführt, um die extrahierten Fehlermerkmale basierend auf Ähnlichkeit zu gruppieren und zu klassifizieren, was die Konstruktion eines Merkmalsraums erleichtert, die dann zum Training des SC-PI-Modells (Spectral Clustering-Parting Index) verwendet werden; und ein Teilungsindex-Verarbeitungsmodul, das so konfiguriert ist, dass es die optimale Anzahl von Clustern in der spektralen Clusterbildung auf der Grundlage des synergischen Assoziationsindex (SAI) und des Trennungsindex (SI) berechnet, was zu einer verbesserten Präzision der Zustandsbewertung führt.The system for performing performance degradation evaluation of rolling bearings further includes: a clustering module with a programmed processor configured to perform spectral clustering (SC) to group and classify the extracted defect features based on similarity, which the design a feature space that is then used to train the SC-PI (Spectral Clustering-Parting Index) model; and a split index processing module configured to calculate the optimal number of clusters in spectral clustering based on the synergic association index (SAI) and the separation index (SI), resulting in improved precision of condition assessment.

In einer Ausführungsform umfasst der Merkmalsraum, der durch Durchführen von spektralem Clustering erstellt wird, Merkmale, nämlich Singularwert (SV) und Singularwertentropie (SVE) der extrahierten Hüllkurvensignale aus Produktfunktionen, und werden zum Training des SC-PI (Spectral Clustering-Parting) verwendet Index)-Modell in der Hauptverarbeitungseinheit.In one embodiment, the feature space created by performing spectral clustering includes features, namely singular value (SV) and singular value entropy (SVE) of the extracted envelope signals from product functions, and are used to train the SC-PI (Spectral Clustering-Parting) index ) model in the main processing unit.

In einer Ausführungsform nimmt das Echtzeit-Lagerzustandsbewertungsmodul in Verbindung mit dem bereits trainierten SC-PI-Modell (Spectral Clustering-Parting Index) einen Testmerkmalsvektor (einen nach dem anderen) und führt ihn dem trainierten SC-PI-Modell (Spectral) zu Clustering-Parting-Index)-Modell, bei dem der Abstand von einem Normalzustandscluster berechnet und dann der Konfidenzwert (CV) berechnet wird, der zwischen 0 und 1 liegt, wobei ein Wert nahe 1 auf einen gesunden Zustand und ein Wert nahe 0 auf eine Verschlechterung des Wälzlagers hinweist.In one embodiment, the real-time bearing condition assessment module, in conjunction with the already trained SC-PI (Spectral Clustering-Parting Index) model, takes a test feature vector (one at a time) and clusters it to the trained SC-PI (Spectral) model. Parting Index) model that calculates the distance from a normal state cluster and then calculates the confidence value (CV), which ranges between 0 and 1, where a value close to 1 indicates a healthy state and a value close to 0 indicates deterioration Rolling bearing indicates.

In einer Ausführungsform umfasst die Benutzerschnittstelle eine Anzeige zum Anzeigen des berechneten Konfidenzwerts und des Zustands von Wälzlagern, die als gesundes, fehlerhaftes und ausgefallenes Lager klassifiziert sind.In one embodiment, the user interface includes a display for displaying the calculated confidence value and the condition of rolling bearings classified as healthy, faulty and failed bearings.

Ein Ziel der vorliegenden Offenbarung besteht darin, ein System zur Durchführung einer Leistungsverschlechterungsbewertung von Wälzlagern bereitzustellen.An object of the present disclosure is to provide a system for performing performance degradation evaluation of rolling bearings.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Offenbarung besteht darin, Techniken, nämlich lokale Mittelwertzerlegung und spezielle Clusterbildung, zur Zustandsbewertung von Wälzlagern in mechanischen Maschinen zu nutzen.A further aim of the present disclosure is to use techniques, namely local averaging and special clustering, to assess the condition of rolling bearings in mechanical machines.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Offenbarung besteht darin, die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Zustandsbeurteilung von Wälzlagern in mechanischen Systemen zu verbessern und so der Herausforderung hochdimensionaler Daten zu begegnen.Another goal of the present disclosure is to improve the accuracy and reliability of condition assessment of rolling bearings in mechanical systems and thus address the challenge of high-dimensional data.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Offenbarung besteht darin, ein Mittel zur effektiven Visualisierung von Impulsinformationen in Vibrationssignalen bereitzustellen, wodurch es einfacher wird, potenzielle Lagerfehler zu identifizieren.Another objective of the present disclosure is to provide a means for effectively visualizing pulse information in vibration signals, thereby making it easier to identify potential bearing failures.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Offenbarung besteht darin, eine neuartige Technik namens „Parting Index“ zur Bestimmung der optimalen Anzahl von Clustern für Spectral Clustering einzusetzen, die einen systematischeren Ansatz zur Analyse von Lagerzustandsdaten bietet.Another goal of the present disclosure is to use a novel technique called "parting index" to determine the optimal number of clusters for spectral clustering, which provides a more systematic approach to analyzing bearing condition data.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Offenbarung besteht darin, die überlegene Leistung des vorgeschlagenen Systems bei der Bewertung optimaler Clusterzahlen im Vergleich zu bestehenden Bewertungstechniken zu demonstrieren und letztendlich zu sichereren und zuverlässigeren mechanischen Systemen beizutragen.Another goal of the present disclosure is to demonstrate the superior performance of the proposed system in evaluating optimal cluster counts compared to existing evaluation techniques and ultimately contribute to safer and more reliable mechanical systems.

Um die Vorteile und Merkmale der vorliegenden Offenbarung weiter zu verdeutlichen, erfolgt eine detailliertere Beschreibung der Erfindung unter Bezugnahme auf spezifische Ausführungsformen davon, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. Es versteht sich, dass diese Zeichnungen nur typische Ausführungsformen der Erfindung darstellen und daher nicht als deren Umfang einschränkend anzusehen sind. Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen genauer und detaillierter beschrieben und erläutert.In order to further illustrate the advantages and features of the present disclosure, a more detailed description of the invention will be made with reference to specific embodiments thereof shown in the accompanying drawings. It is understood that these drawings represent only typical embodiments of the invention and are therefore not to be viewed as limiting its scope. The invention is described and explained in more detail and in greater detail with reference to the accompanying drawings.

KURZBESCHREIBUNG DER FIGURENBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

Diese und andere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden besser verständlich, wenn die folgende detaillierte Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen gelesen wird, in denen in den Zeichnungen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile darstellen, wobei:

  • 1 veranschaulicht ein Blockdiagramm eines Systems zur Durchführung einer Zustandsbewertung von Wälzlagern gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung; und
  • 2 veranschaulicht den Arbeitsrahmen des vorgeschlagenen Systems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
These and other features, aspects and advantages of the present disclosure will be better understood by reading the following detailed description with reference to the accompanying documents th drawings, in which like reference numerals represent like parts throughout the drawings, where:
  • 1 illustrates a block diagram of a system for performing condition assessment of rolling bearings in accordance with an embodiment of the present disclosure; and
  • 2 illustrates the working framework of the proposed system according to an embodiment of the present disclosure.

Darüber hinaus werden erfahrene Handwerker erkennen, dass Elemente in den Zeichnungen der Einfachheit halber dargestellt sind und möglicherweise nicht unbedingt maßstabsgetreu gezeichnet wurden. Beispielsweise veranschaulichen die Flussdiagramme die Methode anhand der wichtigsten Schritte, die dazu beitragen, das Verständnis von Aspekten der vorliegenden Offenbarung zu verbessern. Darüber hinaus können im Hinblick auf die Konstruktion des Geräts eine oder mehrere Komponenten des Geräts in den Zeichnungen durch herkömmliche Symbole dargestellt worden sein, und die Zeichnungen zeigen möglicherweise nur die spezifischen Details, die für das Verständnis der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung relevant sind um die Zeichnungen nicht durch Details zu verdecken, die für den Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet, der Nutzen aus der Beschreibung hierin zieht, leicht ersichtlich sind.Additionally, experienced craftsmen will recognize that elements in the drawings are presented for convenience and may not necessarily have been drawn to scale. For example, the flowcharts illustrate the method through key steps that help improve understanding of aspects of the present disclosure. Additionally, in view of the construction of the device, one or more components of the device may have been represented in the drawings by conventional symbols, and the drawings may show only the specific details relevant to understanding the embodiments of the present disclosure around the drawings not to be obscured by details that would be readily apparent to one of ordinary skill in the art who would benefit from the description herein.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG:DETAILED DESCRIPTION:

Um das Verständnis der Prinzipien der Erfindung zu fördern, wird nun auf die in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsform Bezug genommen und für deren Beschreibung eine spezifische Sprache verwendet. Es versteht sich jedoch, dass dadurch keine Einschränkung des Umfangs der Erfindung beabsichtigt ist, da Änderungen und weitere Modifikationen des dargestellten Systems und weitere Anwendungen der darin dargestellten Prinzipien der Erfindung in Betracht gezogen werden, wie sie einem Fachmann normalerweise in den Sinn kommen würden in der Technik, auf die sich die Erfindung bezieht.In order to promote understanding of the principles of the invention, reference will now be made to the embodiment shown in the drawings and specific language will be used to describe the same. It is to be understood, however, that this is not intended to limit the scope of the invention, since changes and further modifications to the system illustrated and further applications of the principles of the invention set forth therein are contemplated as would normally occur to one skilled in the art Technology to which the invention relates.

Der Fachmann versteht, dass die vorstehende allgemeine Beschreibung und die folgende detaillierte Beschreibung beispielhaft und erläuternd für die Erfindung sind und diese nicht einschränken sollen.It will be understood by those skilled in the art that the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and illustrative of the invention and are not intended to limit the same.

Verweise in dieser Spezifikation auf „einen Aspekt“, „einen anderen Aspekt“ oder eine ähnliche Sprache bedeuten, dass ein bestimmtes Merkmal, eine bestimmte Struktur oder ein bestimmtes Merkmal, das in Verbindung mit der Ausführungsform beschrieben wird, in mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung enthalten ist. Daher beziehen sich die Formulierungen „in einer Ausführungsform“, „in einer anderen Ausführungsform“ und ähnliche Formulierungen in dieser Spezifikation möglicherweise, aber nicht unbedingt, auf dieselbe Ausführungsform.References in this specification to “an aspect,” “another aspect,” or similar language mean that a particular feature, structure, or characteristic described in connection with the embodiment is included in at least one embodiment of the present disclosure is included. Therefore, the phrases “in one embodiment,” “in another embodiment,” and similar phrases in this specification may, but not necessarily, refer to the same embodiment.

Die Begriffe „umfasst“, „umfassend“ oder andere Variationen davon sollen eine nicht ausschließliche Einbeziehung abdecken, sodass ein Prozess oder eine Methode, die eine Liste von Schritten umfasst, nicht nur diese Schritte umfasst, sondern möglicherweise andere Schritte nicht umfasst ausdrücklich aufgeführt oder diesem Prozess oder dieser Methode innewohnend sind. Ebenso schließen ein oder mehrere Geräte oder Subsysteme oder Elemente oder Strukturen oder Komponenten, denen „umfasst...a“ vorangestellt ist, nicht ohne weitere Einschränkungen die Existenz anderer Geräte oder anderer Subsysteme oder anderer Elemente oder anderer Strukturen aus andere Komponenten oder zusätzliche Geräte oder zusätzliche Subsysteme oder zusätzliche Elemente oder zusätzliche Strukturen oder zusätzliche Komponenten.The terms “includes,” “comprising,” or other variations thereof are intended to cover non-exclusive inclusion, such that a process or method that includes a list of steps not only includes those steps, but may include other steps not specifically listed or following this inherent in the process or method. Likewise, one or more devices or subsystems or elements or structures or components prefixed with "comprises...a" do not exclude, without further limitation, the existence of other devices or other subsystems or other elements or other structures from other components or additional devices or additional subsystems or additional elements or additional structures or additional components.

Sofern nicht anders definiert, haben alle hier verwendeten technischen und wissenschaftlichen Begriffe die gleiche Bedeutung, wie sie von einem Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet, zu dem diese Erfindung gehört, allgemein verstanden werden. Das hier bereitgestellte System, die Methoden und Beispiele dienen nur der Veranschaulichung und sollen nicht einschränkend sein.Unless otherwise defined, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as generally understood by one of ordinary skill in the art to which this invention pertains. The system, methods and examples provided herein are for illustrative purposes only and are not intended to be limiting.

Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden im Folgenden ausführlich unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.Embodiments of the present disclosure are described in detail below with reference to the accompanying drawings.

Die in dieser Spezifikation beschriebenen Funktionseinheiten sind als Geräte gekennzeichnet. Ein Gerät kann in programmierbaren Hardwaregeräten wie Prozessoren, digitalen Signalprozessoren, Zentraleinheiten, feldprogrammierbaren Gate-Arrays, programmierbarer Array-Logik, programmierbaren Logikgeräten, Cloud-Verarbeitungssystemen oder dergleichen implementiert sein. Die Geräte können auch in Software zur Ausführung durch verschiedene Prozessortypen implementiert werden. Ein identifiziertes Gerät kann ausführbaren Code enthalten und beispielsweise einen oder mehrere physische oder logische Blöcke von Computeranweisungen umfassen, die beispielsweise als Objekt, Prozedur, Funktion oder anderes Konstrukt organisiert sein können. Dennoch muss die ausführbare Datei eines identifizierten Geräts nicht physisch zusammen angeordnet sein, sondern kann aus unterschiedlichen, an unterschiedlichen Orten gespeicherten Anweisungen bestehen, die, wenn sie logisch zusammengefügt werden, das Gerät bilden und den angegebenen Zweck des Geräts erfüllen.The functional units described in this specification are identified as devices. A device may be implemented in programmable hardware devices such as processors, digital signal processors, central processing units, field programmable gate arrays, programmable array logic, programmable logic devices, cloud processing systems, or the like. The devices can also be implemented in software for execution by different types of processors. An identified device may contain executable code and, for example, include one or more physical or logical blocks of computer instructions, which may be organized, for example, as an object, procedure, function, or other construct. However, the executable file of an identified device does not have to be physically located together, but may consist of different instructions stored in different locations, which, when logically put together, form the device fulfill the stated purpose of the device.

Tatsächlich könnte ein ausführbarer Code eines Geräts oder Moduls eine einzelne Anweisung oder mehrere Anweisungen sein und sogar über mehrere verschiedene Codesegmente, zwischen verschiedenen Anwendungen und über mehrere Speichergeräte verteilt sein. In ähnlicher Weise können Betriebsdaten hier innerhalb des Geräts identifiziert und dargestellt werden und können in jeder geeigneten Form verkörpert und in jeder geeigneten Art von Datenstruktur organisiert werden. Die Betriebsdaten können als einzelner Datensatz erfasst oder über verschiedene Standorte, einschließlich verschiedener Speichergeräte, verteilt werden und können zumindest teilweise als elektronische Signale in einem System oder Netzwerk vorliegen.In fact, a device or module's executable code could be a single instruction or multiple instructions, and even distributed across several different code segments, between different applications and across multiple storage devices. Similarly, operational data may be identified and represented herein within the device and may be embodied in any suitable form and organized into any suitable type of data structure. The operational data may be collected as a single data set or distributed across various locations, including various storage devices, and may exist, at least in part, as electronic signals in a system or network.

Verweise in dieser Spezifikation auf „eine ausgewählte Ausführungsform“, „eine Ausführungsform“ oder „eine Ausführungsform“ bedeuten, dass ein bestimmtes Merkmal, eine bestimmte Struktur oder ein bestimmtes Merkmal, das in Verbindung mit der Ausführungsform beschrieben wird, in mindestens einer Ausführungsform des offenbarten Gegenstands enthalten ist. Daher beziehen sich die Ausdrücke „eine ausgewählte Ausführungsform“, „in einer Ausführungsform“ oder „in einer Ausführungsform“ an verschiedenen Stellen in dieser Spezifikation nicht unbedingt auf dieselbe Ausführungsform.References in this specification to “a selected embodiment,” “an embodiment,” or “an embodiment” mean that a particular feature, structure, or feature described in connection with the embodiment is disclosed in at least one embodiment of the Item is included. Therefore, the expressions “a selected embodiment,” “in one embodiment,” or “in one embodiment” used elsewhere in this specification do not necessarily refer to the same embodiment.

Darüber hinaus können die beschriebenen Merkmale, Strukturen oder Eigenschaften in einer oder mehreren Ausführungsformen auf jede geeignete Weise kombiniert werden. In der folgenden Beschreibung werden zahlreiche spezifische Details bereitgestellt, um ein umfassendes Verständnis der Ausführungsformen des offenbarten Gegenstands zu ermöglichen. Ein Fachmann auf dem betreffenden Gebiet wird jedoch erkennen, dass der offenbarte Gegenstand ohne eines oder mehrere der spezifischen Details oder mit anderen Methoden, Komponenten, Materialien usw. in die Praxis umgesetzt werden kann. In anderen Fällen können wohlbekannte Strukturen, Materialien, oder Vorgänge werden nicht im Detail gezeigt oder beschrieben, um Aspekte des offengelegten Gegenstands nicht zu verschleiern.Additionally, the features, structures, or properties described may be combined in any suitable manner in one or more embodiments. In the following description, numerous specific details are provided to provide a thorough understanding of embodiments of the disclosed subject matter. However, one skilled in the art will recognize that the disclosed subject matter may be practiced without one or more of the specific details or with other methods, components, materials, etc. In other cases, well-known structures, materials, or processes may not be shown or described in detail so as not to obscure aspects of the subject matter disclosed.

Gemäß den beispielhaften Ausführungsformen können die offenbarten Computerprogramme oder -module auf viele beispielhafte Arten ausgeführt werden, beispielsweise als Anwendung, die sich im Speicher eines Geräts befindet, oder als gehostete Anwendung, die auf einem Server ausgeführt wird und mit diesem kommuniziert Geräteanwendung oder Browser über eine Reihe von Standardprotokollen wie TCP/IP, HTTP, XML, SOAP, REST, JSON und andere ausreichende Protokolle. Die offenbarten Computerprogramme können in beispielhaften Programmiersprachen geschrieben sein, die aus dem Speicher des Geräts oder von einem gehosteten Server ausgeführt werden, wie etwa BASIC, COBOL, C, C++, Java, Pascal, oder Skriptsprachen wie JavaScript, Python, Ruby, PHP, Perl oder andere geeignete Programmiersprachen.According to exemplary embodiments, the disclosed computer programs or modules may be executed in many exemplary ways, for example, as an application residing in a device's memory or as a hosted application running on and communicating with a server via a device application or browser Set of standard protocols such as TCP/IP, HTTP, XML, SOAP, REST, JSON and other sufficient protocols. The disclosed computer programs may be written in exemplary programming languages that are executed from the device's memory or from a hosted server, such as BASIC, COBOL, C, C++, Java, Pascal, or scripting languages such as JavaScript, Python, Ruby, PHP, Perl or other suitable programming languages.

Einige der offenbarten Ausführungsformen beinhalten oder beinhalten auf andere Weise die Datenübertragung über ein Netzwerk, beispielsweise die Übermittlung verschiedener Eingaben oder Dateien über das Netzwerk. Das Netzwerk kann beispielsweise eines oder mehrere der folgenden Elemente umfassen: Internet, Wide Area Networks (WANs), Local Area Networks (LANs), analoge oder digitale drahtgebundene und drahtlose Telefonnetzwerke z. B. ein PSTN, Integrated Services Digital Network (ISDN), ein Mobilfunknetz und Digital Subscriber Line (xDSL), Radio, Fernsehen, Kabel, Satellit und/oder andere Übertragungs- oder Tunnelmechanismen zur Datenübertragung. Das Netzwerk kann mehrere Netzwerke oder Teilnetzwerke umfassen, von denen jedes beispielsweise einen drahtgebundenen oder drahtlosen Datenweg umfassen kann. Das Netzwerk kann ein leitungsvermitteltes Sprachnetzwerk, ein paketvermitteltes Datennetzwerk oder jedes andere Netzwerk umfassen, das elektronische Kommunikation übertragen kann. Das Netzwerk kann beispielsweise Netzwerke umfassen, die auf dem Internetprotokoll (IP) oder dem asynchronen Übertragungsmodus (ATM) basieren, und kann Sprache beispielsweise mithilfe von VoIP, Voice-over-ATM oder anderen vergleichbaren Protokollen unterstützen, die für Sprachdatenkommunikation verwendet werden. In einer Implementierung umfasst das Netzwerk ein Mobilfunknetz, das so konfiguriert ist, dass es den Austausch von Text- oder SMS-Nachrichten ermöglicht.Some of the disclosed embodiments involve or otherwise involve data transmission over a network, such as the transmission of various inputs or files over the network. The network may include, for example, one or more of the following: Internet, Wide Area Networks (WANs), Local Area Networks (LANs), analog or digital wired and wireless telephone networks, e.g. B. a PSTN, Integrated Services Digital Network (ISDN), a cellular network and Digital Subscriber Line (xDSL), radio, television, cable, satellite and / or other transmission or tunneling mechanisms for data transmission. The network may include multiple networks or subnetworks, each of which may include, for example, a wired or wireless data path. The network may include a circuit-switched voice network, a packet-switched data network, or any other network capable of transmitting electronic communications. The network may include, for example, networks based on Internet Protocol (IP) or Asynchronous Transfer Mode (ATM), and may support voice using, for example, VoIP, Voice over ATM, or other comparable protocols used for voice data communications. In one implementation, the network includes a cellular network configured to enable the exchange of text or SMS messages.

Beispiele für das Netzwerk sind unter anderem ein Personal Area Network (PAN), ein Storage Area Network (SAN), ein Home Area Network (HAN), ein Campus Area Network (CAN) und ein Local Area Network (LAN), ein Wide Area Network (WAN), ein Metropolitan Area Network (MAN), ein Virtual Private Network (VPN), ein Enterprise Private Network (EPN), Internet, ein Global Area Network (GAN) und so weiter.Examples of the network include a Personal Area Network (PAN), a Storage Area Network (SAN), a Home Area Network (HAN), a Campus Area Network (CAN) and a Local Area Network (LAN), a Wide Area Network (WAN), a Metropolitan Area Network (MAN), a Virtual Private Network (VPN), an Enterprise Private Network (EPN), Internet, a Global Area Network (GAN) and so on.

1 zeigt ein Blockdiagramm eines Systems (100) zur Durchführung einer Zustandsbewertung von Wälzlagern gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Das System (100) umfasst eine Signalerfassungseinheit (102), die eine Lagertesteinheit (102a) zur Erfassung von Lagervibrationssignalen verwendet. 1 shows a block diagram of a system (100) for carrying out a condition assessment of rolling bearings according to an embodiment of the present disclosure. The system (100) comprises a signal acquisition unit (102) which uses a bearing test unit (102a) to acquire bearing vibration signals.

In einer Ausführungsform wird eine Zerlegungsverarbeitungseinheit (104) zum Zerlegen des erfassten Lagerschwingungssignals in Produktfunktionen (PFs) (104a) verwendet, wobei die Zerlegungsverarbeitungseinheit (104) eine dedizierte Hardware verwendet, die unter Verwendung der lokalen Mittelwertzerlegung (Local Mean Decomposition, LMD) konfiguriert ist.In one embodiment, a decomposition processing unit (104) is used to decompose the detected bearing vibration signal into product functions (PFs) (104a), the decomposition processing unit (104) using dedicated hardware configured using local mean decomposition (LMD). .

In einer Ausführungsform verwendet ein Merkmalsextraktionsmodul (106) einen konfigurierten Prozessor zum Extrahieren von Hüllkurvensignalen aus der Produktfunktion (104a), wobei dem Prozessor zerlegte Produktfunktionen (104a) als Eingabe zugeführt werden und der Prozessor dann geeignete Fehlermerkmale extrahiert (106a) oder Hüllkurvensignale von Eingangsproduktfunktionen (104a).In one embodiment, a feature extraction module (106) uses a configured processor to extract envelope signals from the product function (104a), wherein decomposed product functions (104a) are provided as input to the processor and the processor then extracts appropriate error features (106a) or envelope signals from input product functions (104a). 104a).

In einer Ausführungsform wird eine Hauptverarbeitungseinheit (108) mit einem dedizierten Prozessor trainiert, indem die extrahierten Merkmale (106a) aus den Produktfunktionen (104a) als Eingabe für das Training verwendet werden, was zur Entwicklung eines trainierten SC-PI (Spectral) führt Clustering-Parting-Index-Modell (108a) mit optimaler Clusteranzahl.In one embodiment, a main processing unit (108) with a dedicated processor is trained by using the extracted features (106a) from the product features (104a) as input for training, resulting in the development of a trained SC-PI (Spectral Clustering) Parting index model (108a) with optimal number of clusters.

In einer Ausführungsform ist ein Echtzeit-Lagerzustandsbewertungsmodul (110) in Verbindung mit der Hauptverarbeitungseinheit (108) so konfiguriert, dass es den Zustand des Wälzlagers unter Verwendung eines speziellen Prozessors beurteilt, der darauf trainiert ist, dies auf der Grundlage der extrahierten Daten zu tun Merkmale (106a), die als Eingabe für das Training der Hauptverarbeitungseinheit (108) verwendet werden.In one embodiment, a real-time bearing condition assessment module (110), in conjunction with the main processing unit (108), is configured to assess the condition of the rolling bearing using a special processor trained to do so based on the extracted data characteristics (106a), which are used as input for training the main processing unit (108).

In einer Ausführungsform eine Benutzeroberfläche (112) zum Anzeigen der Ergebnisse der abschließenden Beurteilung des Zustands des Wälzlagers und auch zum Anzeigen eines Konfidenzwerts, der vom Modul zur Echtzeit-Beurteilung des Lagerzustands berechnet wurde, um die Zuverlässigkeit der Beurteilung anzuzeigen.In one embodiment, a user interface (112) for displaying the results of the final assessment of the condition of the rolling bearing and also for displaying a confidence value calculated by the real-time bearing condition assessment module to indicate the reliability of the assessment.

In einer Ausführungsform umfasst die Lagereinheit (102a) Komponenten, nämlich eine Geschwindigkeitssteuereinheit, einen ersten Beschleunigungsmesser, eine Lastscheibe, einen zweiten Beschleunigungsmesser, ein erstes Lagergehäuse, eine Klauenkupplung, einen Näherungssensor, einen Wechselstrommotor, ein Computersystem und Daten Aufnahmeeinheit, zweites Lagergehäuse und eine Welle.In one embodiment, the bearing unit (102a) includes components, namely a speed control unit, a first accelerometer, a load disk, a second accelerometer, a first bearing housing, a dog clutch, a proximity sensor, an AC motor, a computer system and data recording unit, a second bearing housing and a shaft .

In einer Ausführungsform wird die Merkmalsextraktion, um Merkmale zum Trainieren des Modells zur Bewertung zu erhalten, über die gesamte Ausfallhistorie eines verschlechterten Lagers und einige Merkmale eines gesunden Lagers durchgeführt.In one embodiment, feature extraction to obtain features for training the model for evaluation is performed over the entire failure history of a degraded bearing and some features of a healthy bearing.

extrahierten Fehlermerkmale (106a) basierend auf Ähnlichkeit zu gruppieren und zu klassifizieren, was die Konstruktion eines Merkmalsraums erleichtert , die dann zum Training des SC-PI-Modells (Spectral Clustering-Parting Index) verwendet werden; und ein Teilungsindex-Verarbeitungsmodul (116), das so konfiguriert ist, dass es die optimale Anzahl von Clustern in der spektralen Clusterbildung auf der Grundlage des synergischen Assoziationsindex (SAI) und des Trennungsindex (SI) berechnet, was zu einer verbesserten Präzision der Zustandsbewertung führt. Der durch spektrales Clustering erstellte Merkmalsraum umfasst Merkmale namens Singular Value (SV) und Singular Value Entropy (SVE) der extrahierten Hüllkurvensignale aus Produktfunktionen und wird zum Trainieren des SC-PI-Modells (Spectral Clustering-Parting Index) verwendet Hauptverarbeitungseinheit (108).group and classify extracted error features (106a) based on similarity, facilitating the construction of a feature space, which are then used to train the SC-PI (Spectral Clustering-Parting Index) model; and a split index processing module (116) configured to calculate the optimal number of clusters in the spectral clustering based on the synergic association index (SAI) and the separation index (SI), resulting in improved precision of the condition assessment . The feature space created by spectral clustering includes features called Singular Value (SV) and Singular Value Entropy (SVE) of the extracted envelope signals from product functions, and is used to train the SC-PI (Spectral Clustering-Parting Index) model Main Processing Unit (108).

In einer Ausführungsform nimmt das Echtzeit-Lagerzustandsbewertungsmodul (110) in Verbindung mit dem bereits trainierten SC-PI-Modell (Spectral Clustering-Parting Index) einen Testmerkmalsvektor (einen nach dem anderen) und führt ihn dem trainierten SC-PI-Modell zu. PI-Modell (Spectral Clustering-Parting Index), bei dem der Abstand zu einem Normalzustandscluster berechnet und anschließend der Konfidenzwert (CV) berechnet wird, der zwischen 0 und 1 liegt, wobei ein Wert nahe 1 auf „gesund“ und ein Wert nahe 0 auf eine Verschlechterung des Rollverhaltens hinweist Elementlager.In one embodiment, the real-time bearing condition assessment module (110), in conjunction with the already trained SC-PI (Spectral Clustering-Parting Index) model, takes a test feature vector (one at a time) and feeds it to the trained SC-PI model. Spectral Clustering-Parting Index (PI) model, which calculates the distance to a normal state cluster and then calculates the confidence value (CV), which ranges between 0 and 1, with a value close to 1 indicating “healthy” and a value close to 0 indicates a deterioration in rolling behavior element bearing.

In einer Ausführungsform umfasst die Benutzerschnittstelle (112) eine Anzeige (112a) zum Anzeigen des berechneten Konfidenzwerts und des Zustands von Wälzlagern, die als gesundes, fehlerhaftes und ausgefallenes Lager klassifiziert sind.In one embodiment, the user interface (112) includes a display (112a) for displaying the calculated confidence value and the condition of rolling bearings classified as healthy, faulty and failed bearings.

In einer Ausführungsform können die Signalerfassungseinheit (102), die Zerlegungsverarbeitungseinheit (104), das Merkmalsextraktionsmodul (106), die Hauptverarbeitungseinheit (108) und ein Echtzeit-Lagerzustandsbewertungsmodul (110) programmierbar implementiert sein Hardwaregeräte wie Prozessoren, digitale Signalprozessoren, Zentraleinheiten, feldprogrammierbare Gate-Arrays, programmierbare Array-Logik, programmierbare Logikgeräte, Cloud-Verarbeitungssysteme oder dergleichen.In one embodiment, the signal acquisition unit (102), the decomposition processing unit (104), the feature extraction module (106), the main processing unit (108) and a real-time bearing condition assessment module (110) may be programmably implemented hardware devices such as processors, digital signal processors, central processing units, field programmable gates. Arrays, programmable array logic, programmable logic devices, cloud processing systems or the like.

2 veranschaulicht den Arbeitsrahmen des vorgeschlagenen Systems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. 2 illustrates the working framework of the proposed system according to an embodiment of the present disclosure.

Bezugnehmend auf werden zunächst Lagerschwingungssignale erhalten, wobei dann eine Merkmalsextraktion aus den erhaltenen Signalen durchgeführt wird, wobei die weitere Funktionsweise des Systems unten schrittweise beschrieben wird.Referring to Bearing vibration signals are first obtained, with feature extraction then being carried out from the signals obtained is carried out, with the further functioning of the system being described step by step below.

Schritt 1: Das erfasste Lagerschwingungssignal wird durch die Implementierung der lokalen Mittelwertzerlegung (Local Mean Decomposition, LMD) in Produktfunktionen (PFs) zerlegt. Die Notation PF 1 ,..., PFn bezeichnet mehrere Sätze von PFs. Die ersten sechs PFs in dieser Veröffentlichung wurden vergeben. Jede Stufe der Signalverschlechterung zeigt das Vorhandensein der ersten 6 PFs, die nachweislich stark mit dem ursprünglichen Signal korrelieren. Aus der entropischen Interpretation geht klar hervor, dass diese ersten 6 PFs mehr als 90 % der Gesamtenergie des Signals enthalten, was ausreicht, um die Eigenschaften der Betriebskomponente zu analysieren.Step 1: The acquired bearing vibration signal is decomposed into product functions (PFs) by implementing Local Mean Decomposition (LMD). The notation PF 1 ,..., PFn denotes multiple sets of PFs. The first six PFs in this publication have been awarded. Each level of signal degradation reveals the presence of the first 6 PFs, which are shown to be highly correlated with the original signal. From the entropic interpretation it is clear that these first 6 PFs contain more than 90% of the total energy of the signal, which is enough to analyze the characteristics of the operating component.

Schritt 2: Die Produktfunktionen werden zur Merkmalsextraktion verwendet, wobei aus den durch Zerlegung des Originalsignals erhaltenen Produktfunktionen relevante Fehlermerkmale im Zusammenhang mit dem Zustand des Lagers extrahiert werden.Step 2: The product features are used for feature extraction, where relevant defect features related to the condition of the bearing are extracted from the product features obtained by decomposing the original signal.

PF-Hüllkurvensignale: Aufgrund der periodischen Erregung, die durch den wiederholten Kontakt zwischen den defekten Flächen und den Rollen hervorgerufen wird, sind die Lagersignale stark moduliert, was es schwierig macht, die empfindliche Komponente zu isolieren, die das Betriebsverhalten anzeigen kann. Wenn das Hüllkurvensignal untersucht wird, können impulsive Informationen klarer identifiziert werden. Zur Berechnung des Hüllkurvensignals müssen folgende Maßnahmen ergriffen werden:

  1. 1. Berechnen Sie die Hilbert-Transformation des erhaltenen PF gemäß Gleichung (1). h i ( t ) = H [ P F i ( t ) ] = 1 π + P F i ( τ ) t τ d τ
    Figure DE202023106044U1_0001
    Dabei ist PFi (t) der i-te PF und hi(t) stellt die Hilbert-Transformation desselben dar.
  2. 2. Berechnen Sie die Hüllkurve PF env jedes analytischen Signals hi(t), indem Sie dessen Absolutwert nehmen.
PF envelope signals: Due to the periodic excitation caused by the repeated contact between the defective surfaces and the rollers, the bearing signals are highly modulated, making it difficult to isolate the sensitive component that can indicate the performance. When the envelope signal is examined, impulsive information can be identified more clearly. To calculate the envelope signal, the following measures must be taken:
  1. 1. Calculate the Hilbert transform of the obtained PF according to equation (1). H i ( t ) = H [ P F i ( t ) ] = 1 π + P F i ( τ ) t τ d τ
    Figure DE202023106044U1_0001
    Here PFi (t) is the ith PF and hi(t) represents the Hilbert transformation of the same.
  2. 2. Calculate the envelope PF env of each analytical signal hi(t) by taking its absolute value.

Singularwertentropie (SVE) der PF -Umgebung: Ein allgemeines Maß für die Unordnung ist das entropiezentrierte Merkmal, das aus einem beliebigen voreingestellten Wertesatz berechnet wird. Ein höherer Energiegehalt wird durch eine geringere Einzelwertentropie angezeigt, da die Organisation in einem Signal mehr Energie erfordert. Die Konsistenz von SV gegenüber fragmentierten Signalen ist sein Hauptverkaufsargument. Schwankungen des Geräuschpegels können schnell erkannt werden. Daher, wie in Gl. (2) Die Matrix PFenv_n der PF-Hüllkurvensignale wird in drei Matrizen zerlegt: P F e n v k × n = [ P F e n v p ] k × k [ P F e n v s ] k × n [ P F e n v q ] n × n T

Figure DE202023106044U1_0002
Singular value entropy (SVE) of the PF environment: A general measure of disorder is the entropy-centered feature, which is calculated from an arbitrary preset set of values. Higher energy content is indicated by lower individual value entropy because organization in a signal requires more energy. SV's consistency over fragmented signals is its main selling point. Fluctuations in noise levels can be quickly detected. Therefore, as shown in Eq. (2) The matrix PF env_n of the PF envelope signals is decomposed into three matrices: P F e n v k × n = [ P F e n v p ] k × k [ P F e n v s ] k × n [ P F e n v q ] n × n T
Figure DE202023106044U1_0002

In der obigen Beziehung stellt [PFenvs] k×n die gewünschte Matrix dar, die singuläre Werte umfasst, die weiter dargestellt werden können als SV =[S V1, S V2, ... , S Vt ], wobei n für die Stichprobenlänge und k für die Anzahl der berücksichtigten PFs steht. In diesem Fall ist t kleiner als k und n. Zusätzlich zu PF envs werden zwei orthogonale Matrizen erzeugt, PFenvp und PF envq. In the above relationship, [PF envs ] k×n represents the desired matrix comprising singular values, which can be further represented as SV = [S V1 , S V2 , ... , S Vt ], where n is the sample length and k stands for the number of PFs taken into account. In this case, t is less than k and n. In addition to PF envs, two orthogonal matrices are created, PF envp and PF envq .

Die Singulärwertentropie kann mit Hilfe von Gl. aus den SVs berechnet werden. (3) wie unten angegeben. S v e n = i = 1 k ω i log ω i

Figure DE202023106044U1_0003
wobei w i = Svi /S das Segment der Gesamtenergie S aller Proben im i-ten PF ist. Die Feature-Sets werden wie folgt zusammengesetzt: fs = [S V1 , ... , S Vn, Sv en1, ... , Sv en n ] für Klassifizierungszwecke.The singular value entropy can be calculated using Eq. can be calculated from the SVs. (3) as stated below. S v e n = i = 1 k ω i log ω i
Figure DE202023106044U1_0003
where w i = Svi /S is the segment of the total energy S of all samples in the i-th PF. The feature sets are composed as follows: fs = [S V1 , ... , S Vn , Sv en1 , ... , Sv en n ] for classification purposes.

Die oben genannten Merkmale werden über PFs berechnet und während der Lernphase berücksichtigt. Die Merkmalsextraktion wird für die gesamte Fehlerhistorie eines defekten Lagers sowie für einige Attribute des gesunden Lagers durchgeführt.The above features are calculated via PFs and taken into account during the learning phase. Feature extraction is performed for the entire fault history of a defective bearing as well as for some attributes of the healthy bearing.

Schritt 3: Führen Sie eine spektrale Clusterbildung durch, um die extrahierten Fehlermerkmale anhand ihrer Ähnlichkeit zu gruppieren und zu klassifizieren und so eine strukturierte Analyse des Lagerzustands zu ermöglichen.Step 3: Perform spectral clustering to group and classify the extracted defect features based on their similarity, enabling structured bearing condition analysis.

Schritt 4: Mithilfe des Parting Index (PI) wird die optimale Anzahl von Clustern in der spektralen Clusterbildung auf der Grundlage eines Synergie Association Index (SAI) und Separation Index (SI) bestimmt, wodurch die Präzision der Zustandsbewertung verbessert wird.Step 4: Parting Index (PI) is used to determine the optimal number of clusters in spectral clustering based on a Synergy Association Index (SAI) and Separation Index (SI), thereby improving the precision of condition assessment.

Schritt 5: Entwicklung eines künstlichen intelligenten Modells zur Bewertung, wobei die Merkmale für die Entwicklung des SC-PI-Modells (Spectral Clustering-Parting Inxed ) mit der optimalen Anzahl von Clustern als Eingabe bereitgestellt werden, wobei auf der Grundlage der gruppierten Merkmale die Das Modell wird darauf trainiert, den Zustand des Wälzlagers zu beurteilen. Das trainierte SC-PI-Modell umfasst Zentren und Indizes, die dem Fehlerzustand, dem Zwischenzustand und dem Normalzustand zugeordnet sind. Die den zugewiesenen Indizes entsprechenden Merkmalsvektoren werden gruppiert und ihre entsprechenden Clusterzentren werden berechnet.Step 5: Develop an artificial intelligent model for evaluation, providing the features for developing the Spectral Clustering-Parting Inxed (SC-PI) model with the optimal number of clusters as input, based on the grouped features the Model is trained to assess the condition of the rolling bearing. The trained SC-PI model includes centers and indices associated with the fault state, intermediate state, and normal state. The feature vectors corresponding to the assigned indices become grouped and their corresponding cluster centers are calculated.

Schritt 6: Echtzeittests des trainierten Modells werden unter Verwendung eines Testmerkmalsvektors durchgeführt, wobei nach der Entwicklung des Modells die Testmerkmalsvektoren (einzeln) entnommen und mit dem trainierten SC-PI-Modell verglichen werden Sein Abstand vom Zentrum des Normalzustandsclusters wird gemäß Gleichung berechnet. (4) wie unten angegeben. S C Q E = x i c e j 2

Figure DE202023106044U1_0004
wobei Xi den Merkmalsvektor darstellt und ce das Clusterzentrum eines ausgewählten gesunden Vektors darstellt. Dieser SC-QE stellt den gewünschten HI dar, der weiter als Konfidenzwertkurve (CV) gemäß Gl. dargestellt werden kann. (5) unten angegeben. Die CV-Werte liegen zur einfacheren Visualisierung von Gesundheitszuständen zwischen 0 und 1, wobei Werte näher an 1 einen normalen und gesunden Zustand anzeigen, während Werte näher an 0 eine Verschlechterung anzeigen. C V = exp ( ( Q E ) / c )
Figure DE202023106044U1_0005
Step 6: Real-time testing of the trained model is performed using a test feature vector, where after developing the model, the test feature vectors are taken (one at a time) and compared with the trained SC-PI model. Its distance from the center of the normal state cluster is calculated according to Equation. (4) as stated below. S C Q E = x i c e j 2
Figure DE202023106044U1_0004
where Xi represents the feature vector and ce represents the cluster center of a selected healthy vector. This SC-QE represents the desired HI, which is further expressed as a confidence value curve (CV) according to Eq. can be displayed. (5) given below. CV values range from 0 to 1 for easier visualization of health conditions, with values closer to 1 indicating a normal and healthy condition, while values closer to 0 indicate deterioration. C v = exp ( ( Q E ) / c )
Figure DE202023106044U1_0005

Dabei stellt c den Skalierungsfaktor dar, der variiert werden kann, um die gewünschte Vorstellung zu erhalten.Here c represents the scaling factor, which can be varied to get the desired idea.

In einer Ausführungsform wurde durch die Präsentation von Vibrationssignalproben aus einem Fehlertest auf einem Prüfstand die Validierung des Bewertungsansatzes demonstriert. Eine verstellbare oder bewegliche Lastscheibe dient zur Änderung der Lastverteilung und ein robuster Gussrahmen eliminiert unerwünschte Vibrationen. Schnelle Anstiege des RMS-Werts der Lagersignalprobe können verwendet werden, um vorherzusagen, wann sich ein Lager dem Ende seiner Nutzungsdauer nähert. Bei der Berechnung werden 2560 Samples oder 0.1 Sekunden der Signale mit einer Abtastfrequenz von 25.6 kHz verwendet. Während der Erfassung der Vibrationsdaten wird ein Intervall von 10 Minuten eingehalten. Für die Zwecke der Untersuchung werden die Ausfallzeiten für zwei Lager mit 12250 und 14990 Minuten angenommen. NI Lab VIEW und MATLAB R2015b sind die Plattformen, die für die Datenerfassung und -berechnung verwendet werden, und die Workstation ist mit einer Intel® Core i5-45705@2.90 GHz-CPU ausgestattet.In one embodiment, validation of the evaluation approach was demonstrated by presenting vibration signal samples from a failure test on a test stand. An adjustable or movable load plate is used to change the load distribution and a robust cast frame eliminates unwanted vibrations. Rapid increases in the RMS value of the bearing signal sample can be used to predict when a bearing is nearing the end of its useful life. The calculation uses 2560 samples or 0.1 seconds of the signals with a sampling frequency of 25.6 kHz. An interval of 10 minutes is maintained during the collection of vibration data. For the purpose of the study, the downtimes for two bearings are assumed to be 12250 and 14990 minutes. NI Lab VIEW and MATLAB R2015b are the platforms used for data acquisition and calculation, and the workstation is equipped with an Intel® Core i5-45705@2.90 GHz CPU.

In einer Ausführungsform wird ein Merkmalssatz durch Gruppieren von zwölf Merkmalen erstellt, die aus einer Signalprobe berechnet wurden. Für Schulungs- und Testzwecke wurde dieses Set in zwei Sets aufgeteilt. Der Trainingssatz umfasst Merkmale, die aus Proben abgeleitet wurden, die im Laufe der Lebensdauer von Bearing B1 entnommen wurden (1225 Proben) und gesunden Signalproben, die im Laufe der Lebensdauer von Bearing B2 entnommen wurden (500 Proben). Das SC-PI-Modell wird mit dem so erhaltenen Funktionsumfang trainiert. Das Ergebnis ist ein normalisierter Satz von Eigenvektoren. Die k- Medoids- Clustering-Methode kategorisiert diese Vektoren weiter. Das SAI-basierte Kriterium wird verwendet, um die Anzahl der optimalen Cluster zu schätzen, die in unserem Fall drei beträgt. Die Ergebnisse der Testphase zeigen, dass die Klassen klar voneinander getrennt sind, ohne dass es zu einer Beeinflussung durch verschiedene Familien kommt. Es werden die mit Fehler-, Zwischen- und Normalzuständen verbundenen Zentren und Indizes bereitgestellt. Die Clusterzentren für die Merkmalsvektoren, die den zugewiesenen Indizes entsprechen, werden als „Knormal“, „Kintermediate" und „Kfailure" bestimmt. Der Abstand zwischen dem Testmerkmal und der Mitte des Normalzustandsclusters wird dann bestimmt, wenn die Testmerkmale auf den Merkmalsraum projiziert werden. Um den Status des Arbeitslagers in Echtzeit zu erfahren, wird dieser Prozess online durchgeführt. Beachten Sie, dass jede Testfunktion auf die gleiche Weise berechnet wird wie in der Trainingsphase. Dieser Prozess ermöglicht es dem Bediener, die Situation in Echtzeit zu bewerten und die Genauigkeit zu maximieren. Bei der Berechnung des Verschlechterungsindex im mehrdimensionalen Merkmalsraum werden die Testmerkmale einzeln projiziert, um die Präzision zu maximieren und Interferenzen zu reduzieren. Die Ergebnisse des Tests zeigten, dass für Lager 1 festgestellt wurde, dass die CV-Abnahme in einem Zeitschritt von 830 signifikant ist. Der SC-CV1 lag davor zwischen 1 und 0,9995, was ein eindeutiger Indikator für den Normalzustand ist. Nach einem 830-fachen Schritt gibt es eine merkliche Variation mit kontinuierlichem CV-Anstieg und -Abfall, einem Zeichen der Rissausbreitung, sowie der kontinuierlichen Entstehung einer abgeriebenen Oberfläche und der Abflachung der Verwerfung durch die Walzen. Die Schwankung wurde erheblich und spiegelte die schwerwiegende Verschlechterungsstufe des Betriebs wider, als der Zeitschritt 1100 erreichte. Wenn dieser Zustand erreicht wird, wird das Lager schließlich ausfallen, wie bei Zeitschritt 1222 dargestellt. Die Entwicklungskurve der Lagerverschlechterung wurde erfolgreich gesehen und identifiziert für Lager 2 sowie Verschiebung in verschiedenen Ebenen. In one embodiment, a feature set is created by grouping twelve features calculated from a signal sample. For training and testing purposes, this set was split into two sets. The training set includes features derived from samples taken over the life of Bearing B1 (1225 samples) and healthy signal samples taken over the life of Bearing B2 (500 samples). The SC-PI model is trained with the range of functions obtained in this way. The result is a normalized set of eigenvectors. The k-medoids clustering method further categorizes these vectors. The SAI-based criterion is used to estimate the number of optimal clusters, which in our case is three. The results of the test phase show that the classes are clearly separated from each other without any influence from different families. The centers and indices associated with error, intermediate, and normal states are provided. The cluster centers for the feature vectors corresponding to the assigned indices are determined as "Knormal", "Kintermediate" and "Kfailure". The distance between the test feature and the center of the normal state cluster is determined when the test features are projected onto the feature space. In order to know the status of the labor camp in real time, this process is carried out online. Note that each test function is calculated in the same way as in the training phase. This process allows the operator to assess the situation in real time and maximize accuracy. When calculating the degradation index in the multi-dimensional feature space, the test features are projected individually to maximize precision and reduce interference. The results of the test showed that for bearing 1, the CV decrease was found to be significant at a time step of 830. The SC-CV1 was between 1 and 0.9995, which is a clear indicator of normality. After an 830-fold step, there is a noticeable variation with continuous CV increase and decrease, a sign of crack propagation, as well as the continuous formation of an abraded surface and the flattening of the fault by the rolls. The fluctuation became significant, reflecting the severe degradation level of the operation when the time step reached 1100. If this condition is reached, the bearing will eventually fail, as shown at time step 1222. The development curve of bearing deterioration was successfully seen and identified for bearing 2 as well as displacement in different levels.

Lager 2 begann sich etwa im Zeitschritt 1289 leicht zu verschlechtern, und um 1350 hatte das Lager einen ernsten Zustand erreicht. Der Einsturz ereignete sich jedoch im Jahr 1499. Ähnlich wie bei Lager 1 zeigt die vorgeschlagene Systementwicklung der SC-CV2-Kurve die verschiedenen Grade der Verschlechterung an und eliminiert jegliche Fehlermöglichkeit bei der Bestimmung des Auftretens einer drohenden Verwerfung.Camp 2 began to deteriorate slightly around time step 1289, and by 1350 the camp had reached a serious condition. However, the collapse occurred in 1499. Similar to Camp 1, the proposed system development of the SC-CV2 curve indicates the various degrees of deterioration and eliminates any errors lerability in determining the occurrence of an impending fault.

In einer Ausführungsform wird ein Vergleich zwischen bereits vorhandenen Techniken und dem vorgeschlagenen System durchgeführt. Aus zahlreichen Gründen wird ein Vergleich des Spektrumansatzes und der Bewertung des Degradationsindex mit den bestehenden Methoden durchgeführt, sowie ein Vergleich verschiedener Bewertungsindizes für eine ideale Anzahl von Clustern mit dem vorgeschlagenen Index. Dem SC-PI-Modell werden zunächst klassische Zeitbereichsfunktionen gegenübergestellt. Zur Bewertung der Lagerleistung wird ein Vergleich zwischen der Sequenz und bekannten klassifizierungsbasierten Techniken unter Verwendung von K- Medoiden, SOM und einem Gaußschen Mischungsmodal durchgeführt. Leistungs-, Genauigkeits- und Konsistenzvergleiche werden verwendet, um zu zeigen, inwieweit das vorgeschlagene Modell dem aktuellen Modell vorzuziehen ist. Die mit dem vorgeschlagenen System gewonnenen Erkenntnisse belegen seine Überlegenheit gegenüber den weit verbreiteten PDA-Lagermethoden. Experimentelle Erkenntnisse belegen die Machbarkeit der Methode im Hinblick auf die anfängliche Fehlererkennung, die Prognosegenauigkeit, die Klarheit während der gesunden Phase und die anschließende Zustandserkennung. Der vorgeschlagene PI wurde mit einer Reihe anderer aktueller Indizes verglichen und ist in mehreren Punkten überlegen, darunter Monotonie, Rauscheffekt, Dichteeffekt und das Vorhandensein von Subclustern.In one embodiment, a comparison is made between existing techniques and the proposed system. For numerous reasons, a comparison of the spectrum approach and degradation index assessment with the existing methods is carried out, as well as a comparison of various assessment indices for an ideal number of clusters with the proposed index. The SC-PI model is first compared to classic time domain functions. To evaluate the storage performance, a comparison is made between the sequence and well-known classification-based techniques using K-medoids, SOM and a Gaussian mixture modal. Performance, accuracy and consistency comparisons are used to show how the proposed model is preferable to the current model. The findings obtained with the proposed system demonstrate its superiority over the widely used PDA storage methods. Experimental findings demonstrate the feasibility of the method in terms of initial fault detection, prediction accuracy, clarity during the healthy phase, and subsequent condition detection. The proposed PI has been compared to a number of other current indices and is superior in several respects, including monotonicity, noise effect, density effect and the presence of subclusters.

Um ein zuverlässiges Bewertungsmodell zu erstellen, ist der Merkmalsraum erforderlich, der aus allen Ausfallsignalproben eines Lagers gesammelt wird. Andere rotierende Maschinenteile, einschließlich Zahnräder und Turbinen, können mit dem gleichen entwickelten System über PDA verfügen. Darüber hinaus hat das vorgeschlagene System gegenüber vergleichbaren Systemen den Vorteil, dass es weniger Rechenzeit benötigt und mit noch kleineren Datenmengen trainieren kann.To create a reliable evaluation model, the feature space collected from all failure signal samples of a bearing is required. Other rotating machine parts, including gears and turbines, can have PDA using the same developed system. In addition, the proposed system has the advantage over comparable systems in that it requires less computing time and can train with even smaller amounts of data.

Vorteile:

  • • Erhöhte Genauigkeit und Zuverlässigkeit bei der Bewertung von Wälzlagern.
  • • Reduzierung der Dimensionsprobleme durch die Kombination von LMD und SC.
  • • Optimierung des Clustering-Prozesses mithilfe des Parting Index (PI).
  • • Verbesserte Sicherheit und Leistung mechanischer Systeme, die die Erfindung integrieren.
Advantages:
  • • Increased accuracy and reliability when evaluating rolling bearings.
  • • Reducing dimensional problems by combining LMD and SC.
  • • Optimization of the clustering process using the Parting Index (PI).
  • • Improved safety and performance of mechanical systems incorporating the invention.

Das offenbarte System bietet einen erheblichen Fortschritt bei der Bewertung von Wälzlagern, indem es die Herausforderungen hochdimensionaler Daten angeht und eine genauere und zuverlässigere Möglichkeit zur Bestimmung des Lagerzustands bietet. Die Erfindung findet breite Anwendung im Maschinenbau und gewährleistet die Integrität und Sicherheit verschiedener Systeme.The disclosed system provides a significant advance in rolling bearing assessment by addressing the challenges of high-dimensional data and providing a more accurate and reliable way to determine bearing condition. The invention finds wide application in mechanical engineering and ensures the integrity and security of various systems.

Die Zeichnungen und die vorstehende Beschreibung geben Beispiele für Ausführungsformen. Fachleute werden erkennen, dass eines oder mehrere der beschriebenen Elemente durchaus zu einem einzigen Funktionselement kombiniert werden können. Alternativ können bestimmte Elemente in mehrere Funktionselemente aufgeteilt werden. Elemente einer Ausführungsform können zu einer anderen Ausführungsform hinzugefügt werden. Beispielsweise können die Reihenfolgen der hier beschriebenen Prozesse geändert werden und sind nicht auf die hier beschriebene Weise beschränkt. Darüber hinaus müssen die Aktionen eines Flussdiagramms nicht in der gezeigten Reihenfolge implementiert werden; Es müssen auch nicht unbedingt alle Handlungen ausgeführt werden. Auch solche Handlungen, die nicht von anderen Handlungen abhängig sind, können parallel zu den anderen Handlungen durchgeführt werden. Der Umfang der Ausführungsformen wird durch diese spezifischen Beispiele keineswegs eingeschränkt. Zahlreiche Variationen, ob explizit in der Spezifikation angegeben oder nicht, wie z. B. Unterschiede in Struktur, Abmessung und Materialverwendung, sind möglich. Der Umfang der Ausführungsformen ist mindestens so breit wie durch die folgenden Ansprüche angegeben.The drawings and the description above provide examples of embodiments. Those skilled in the art will recognize that one or more of the elements described can certainly be combined into a single functional element. Alternatively, certain elements can be divided into several functional elements. Elements of one embodiment may be added to another embodiment. For example, the orders of the processes described herein may be changed and are not limited to the manner described herein. Additionally, the actions of a flowchart do not have to be implemented in the order shown; Not all actions necessarily have to be carried out. Even those actions that are not dependent on other actions can be carried out in parallel with the other actions. The scope of the embodiments is in no way limited by these specific examples. Numerous variations, whether explicitly stated in the specification or not, such as: B. Differences in structure, dimensions and material use are possible. The scope of the embodiments is at least as broad as indicated by the following claims.

Vorteile, andere Vorzüge und Problemlösungen wurden oben im Hinblick auf spezifische Ausführungsformen beschrieben. Die Vorteile, Vorzüge, Problemlösungen und alle Komponenten, die dazu führen können, dass ein Nutzen, ein Vorteil oder eine Lösung eintritt oder ausgeprägter wird, dürfen jedoch nicht als kritische, erforderliche oder wesentliche Funktion oder Komponente von ausgelegt werden einzelne oder alle Ansprüche.Advantages, other benefits, and solutions to problems have been described above with respect to specific embodiments. However, the advantages, benefits, solutions to problems and any components that may cause a benefit, advantage or solution to occur or become more pronounced should not be construed as a critical, necessary or essential function or component of any or all of the claims.

REFERENZENCREDENTIALS

100100
Ein System Zur Zustandsbewertung Von Wälzlagern.A system for assessing the condition of rolling bearings.
102102
Eine SignalerfassungseinheitA signal acquisition unit
104104
ZersetzungsverarbeitungseinheitDecomposition processing unit
104a104a
Produktfunktionen (Pfs)Product Features (Pfs)
106106
MerkmalsextraktionsmodulFeature extraction module
106a106a
Extrahierte FehlermerkmaleExtracted fault features
108108
HauptverarbeitungseinheitMain processing unit
108a108a
Trainiertes SC-PI-Modell (Spectral Clustering-Parting Index)Trained SC-PI model (Spectral Clustering-Parting Index)
110110
Echtzeit-LagerzustandsbewertungsmodulReal-time bearing condition assessment module
112112
Benutzeroberflächeuser interface
112a112a
AnzeigeAdvertisement
114114
Clustering-ModulClustering module
116116
Ein Teilindex-VerarbeitungsmodulA partial index processing module
202202
PeilungssignalBearing signal
204204
ProduktfunktionProduct function
206206
Auswahl Von Pfs Mit Hohem EnergiegehaltSelection Of Pfs With High Energy Content
208208
Ausgewählter PFSelected PF
210210
Extrahierte FunktionenExtracted features
212212
TrainingsfunktionenTraining functions
214214
Ausführung Von Spectral ClusteringExecuting Spectral Clustering
216216
Geclusterte Normalisierte Vektoren (N)Clustered Normalized Vectors (N)
218218
Zuordnung Des Clusterindex Von N Zu TrainingsmerkmalenMapping the cluster index of N to training features
220220
Geclusterter TrainingssatzClustered training set
222222
Berechnung Von ClusterzentrenCalculation of cluster centers
224224
DegradationsmodellDegradation model
226226
Beurteilung Der VerschlechterungAssessment of deterioration
228228
Testen Sie Eine Reihe Von FunktionenTest A Range Of Features

Claims (7)

Ein System zur Durchführung einer Leistungsverschlechterungsbewertung von Wälzlagern, umfassend: eine Signalerfassungseinheit, die eine Lagereinheit zur Erfassung von Lagervibrationssignalen verwendet; eine Zerlegungsverarbeitungseinheit zum Zerlegen des erfassten Lagerschwingungssignals in Produktfunktionen (PFs), wobei die Zerlegungsverarbeitungseinheit eine dedizierte Hardware verwendet, die unter Verwendung der lokalen Mittelwertzerlegung (Local Mean Decomposition, LMD) konfiguriert ist; ein Merkmalsextraktionsmodul, das einen konfigurierten Prozessor zum Extrahieren von Hüllkurvensignalen aus Produktfunktionen verwendet, wobei dem Prozessor zerlegte Produktfunktionen als Eingabe zugeführt werden und der Prozessor dann geeignete Fehlermerkmale oder Hüllkurvensignale aus eingegebenen Produktfunktionen extrahiert; eine Hauptverarbeitungseinheit mit einem dedizierten Prozessor, der trainiert wird, indem er die extrahierten Merkmale aus den Produktfunktionen als Eingabe für das Training nutzt, was zur Entwicklung eines trainierten SC-PI-Modells (Spectral Clustering-Parting Index) mit optimaler Clusteranzahl führt; ein Echtzeit-Lagerzustandsbewertungsmodul in Verbindung mit der Hauptverarbeitungseinheit, das so konfiguriert ist, dass es den Zustand des Wälzlagers mithilfe eines speziellen Prozessors bewertet, der dafür geschult ist, dies auf der Grundlage extrahierter Merkmale zu tun, die als Eingabe für das Training der Hauptverarbeitungseinheit verwendet werden; Und eine Benutzeroberfläche zum Anzeigen der Ergebnisse der abschließenden Zustandsbewertung des Wälzlagers und zum Anzeigen eines vom Echtzeit-Lagerzustandsbewertungsmodul berechneten Konfidenzwerts zur Anzeige der Zuverlässigkeit der Bewertung. A system for performing performance degradation assessment of rolling bearings, comprising: a signal detection unit that uses a bearing unit to detect bearing vibration signals; a decomposition processing unit for decomposing the detected bearing vibration signal into product functions (PFs), the decomposition processing unit using dedicated hardware configured using local mean decomposition (LMD); a feature extraction module that uses a configured processor to extract envelope signals from product functions, the processor being provided with decomposed product functions as input and the processor then extracting appropriate defect features or envelope signals from input product functions; a main processing unit with a dedicated processor that is trained by using the extracted features from the product functions as input for training, resulting in the development of a trained SC-PI (Spectral Clustering-Parting Index) model with optimal number of clusters; a real-time bearing condition assessment module in conjunction with the main processing unit, configured to evaluate the condition of the rolling bearing using a special processor trained to do so based on extracted features used as input for training the main processing unit become; And a user interface for displaying the results of the final condition assessment of the rolling bearing and for displaying a confidence value calculated by the real-time bearing condition assessment module to indicate the reliability of the assessment. System nach Anspruch 1, wobei die Lagerprüfeinheit Komponenten umfasst, nämlich eine Geschwindigkeitssteuereinheit, einen ersten Beschleunigungsmesser, eine Lastscheibe, einen zweiten Beschleunigungsmesser, ein erstes Lagergehäuse, eine Klauenkupplung, einen Näherungssensor, einen Wechselstrommotor und ein Computersystem , eine Datenerfassungseinheit, ein zweites Lagergehäuse und eine Welle.System after Claim 1 , wherein the bearing test unit includes components, namely a speed control unit, a first accelerometer, a load disk, a second accelerometer, a first bearing housing, a dog clutch, a proximity sensor, an AC motor, a computer system, a data acquisition unit, a second bearing housing and a shaft. System nach Anspruch 1, wobei die Merkmalsextraktion zu erhaltenen Merkmalen aus dem Training des Modells zur Bewertung über die gesamte Ausfallhistorie eines verschlechterten Lagers und einige Merkmale eines gesunden Lagers durchgeführt wird.System after Claim 1 , where feature extraction is performed on obtained features from training the model for evaluation over the entire failure history of a degraded bearing and some features of a healthy bearing. System nach Anspruch 1, weiterhin umfassend: ein Clustering-Modul mit einem programmierten Prozessor, der so konfiguriert ist, dass er Spectral Clustering (SC) durchführt, um die extrahierten Fehlermerkmale basierend auf Ähnlichkeit zu gruppieren und zu klassifizieren, was die Konstruktion eines Merkmalsraums erleichtert, der dann zum Training des SC-PI (Spectral Clustering) verwendet wird. Modell mit Trennindex; Und ein Teilungsindex-Verarbeitungsmodul, das so konfiguriert ist, dass es die optimale Anzahl von Clustern in der spektralen Clusterbildung auf der Grundlage des synergischen Assoziationsindex (SAI) und des Trennungsindex (SI) berechnet, was zu einer verbesserten Präzision der Zustandsbewertung führt.System after Claim 1 , further comprising: a clustering module with a programmed processor configured to perform spectral clustering (SC) to group and classify the extracted defect features based on similarity, facilitating the construction of a feature space that is then used to Training of SC-PI (Spectral Clustering) is used. model with separation index; And a division index processing module configured to calculate the optimal number of clusters in spectral clustering based on the synergic association index (SAI) and the separation index (SI), resulting in improved precision of condition assessment. System nach Anspruch 4, wobei der Merkmalsraum, der durch Durchführen von spektralem Clustering erstellt wird, Merkmale enthält, nämlich Singularwert (SV) und Singularwertentropie (SVE) der extrahierten Hüllkurvensignale aus Produktfunktionen, und zum Training des SC-PI verwendet werden (Spektrales Clustering-Parting-Index)-Modell in der Hauptverarbeitungseinheit.System after Claim 4 , where the feature space created by performing spectral clustering contains features, namely singular value (SV) and singular value entropy (SVE) of the extracted envelope signals from product functions, and is used to train the SC-PI (Spectral Clustering Parting Index) -Model in the main processing unit. System nach Anspruch 1, wobei das Echtzeit-Lagerzustandsbewertungsmodul in Verbindung mit dem bereits trainierten SC-PI-Modell (Spectral Clustering-Parting Index) einen Testmerkmalsvektor (einen nach dem anderen) nimmt und ihn dem trainierten System zuführt SC-PI-Modell (Spectral Clustering-Parting Index), bei dem der Abstand zu einem Normalzustandscluster berechnet und anschließend der Konfidenzwert (CV) berechnet wird, der zwischen 0 und 1 liegt, wobei ein Wert nahe 1 auf gesund und ein Wert nahe 0 auf eine Verschlechterung hinweist des Wälzlagers.System after Claim 1 , where the real-time bearing condition assessment module in conjunction with takes a test feature vector (one at a time) from the already trained SC-PI model (Spectral Clustering-Parting Index) and feeds it to the trained system SC-PI model (Spectral Clustering-Parting Index), where the distance to a normal state cluster and then the confidence value (CV) is calculated, which is between 0 and 1, where a value close to 1 indicates healthy and a value close to 0 indicates deterioration of the rolling bearing. System nach Anspruch 1, wobei die Benutzeroberfläche eine Anzeige zum Anzeigen des berechneten Konfidenzwerts und des Zustands von Wälzlagern umfasst, die als fehlerfreies, fehlerhaftes und ausgefallenes Lager klassifiziert sind.System after Claim 1 , wherein the user interface includes a display for displaying the calculated confidence value and the condition of rolling bearings classified as good, faulty and failed bearings.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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