EP3639199A1 - Method for rating a state of a three-dimensional test object, and corresponding rating system - Google Patents

Method for rating a state of a three-dimensional test object, and corresponding rating system

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Publication number
EP3639199A1
EP3639199A1 EP19756319.0A EP19756319A EP3639199A1 EP 3639199 A1 EP3639199 A1 EP 3639199A1 EP 19756319 A EP19756319 A EP 19756319A EP 3639199 A1 EP3639199 A1 EP 3639199A1
Authority
EP
European Patent Office
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training
data
test object
state
neural network
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP19756319.0A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Stefan SUWELACK
Markus Stoll
Steffen SLAVETINSKY
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Renumics GmbH
Original Assignee
Renumics GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Renumics GmbH filed Critical Renumics GmbH
Publication of EP3639199A1 publication Critical patent/EP3639199A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • G06VIMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
    • G06V20/00Scenes; Scene-specific elements
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    • G06V20/64Three-dimensional objects
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F18/00Pattern recognition
    • G06F18/20Analysing
    • G06F18/21Design or setup of recognition systems or techniques; Extraction of features in feature space; Blind source separation
    • G06F18/214Generating training patterns; Bootstrap methods, e.g. bagging or boosting
    • GPHYSICS
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    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F18/00Pattern recognition
    • G06F18/20Analysing
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    • G06F18/241Classification techniques relating to the classification model, e.g. parametric or non-parametric approaches
    • G06F18/2413Classification techniques relating to the classification model, e.g. parametric or non-parametric approaches based on distances to training or reference patterns
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    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
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    • G06V2201/00Indexing scheme relating to image or video recognition or understanding
    • G06V2201/06Recognition of objects for industrial automation

Definitions

  • the invention relates to a method for evaluating a state of a three-dimensional test object.
  • the invention relates to an evaluation system for evaluating a state of a three-dimensional test object.
  • the invention relates to a corresponding computer program product.
  • Fig. 1 illustrates the manual assessment by an expert, which in practice is a typical procedure for the assessment of mechanical systems.
  • application-specific features such as statistical variables within regions or components must first be extracted.
  • 2 illustrates an automatic assessment of the system status of a mechanical system, whereby in some cases the definition of application-specific features enables rule-based automation.
  • the present invention is therefore based on the object of designing and developing a method for evaluating a state of a three-dimensional test object of the type mentioned at the outset such that an improved Status assessment, especially with regard to efficiency and / or accuracy, is possible. Furthermore, a corresponding evaluation system and a corresponding computer program product are to be specified.
  • a method for evaluating a state of a three-dimensional test object is given, taking into account a predefined assessment task and using an evaluation system comprising a neural network, wherein a training data set is provided and / or used, which contains several state data points from one or more comprises three-dimensional training objects, with the training data record relating to the predefined assessment task comprising a known status assessment for each of the status data points, the neural network of the assessment system using the training data record being parameterized in a training process in order to adapt the assessment system to the predefined assessment task - is standardized, and a status assessment is calculated in an execution process with the adapted assessment system for a given status data point of the test object.
  • an evaluation system for evaluating a state of a three-dimensional test object is specified taking into account a predetermined evaluation task, the evaluation system comprising a, preferably deep, neural network, the evaluation system being designed in such a way that a training data set can be used which contains several state data points from one - comprises one or more three-dimensional training objects, the training data record comprising a known status evaluation for each of the status data points in relation to the predefined assessment task, the assessment system being further designed such that the neural network is adapted to the given assessment task can be parameterized in a training process using the training data set, and that after the adaptation to the predefined assessment task in an execution process for a predefined status data point of the test object, a Z. inventory assessment is predictable.
  • the above object is achieved by the features of claim 18 relating to a computer program product.
  • the neural network can recognize and evaluate the state of predefined input data, namely the state data point of the test object, on the basis of previously learned states in the training process on the basis of the training data set ,
  • the condition evaluation for the condition data point of the test object is calculated by a suitably trained neural network.
  • the present invention therefore proposes a method in which a state of the three-dimensional test object is assessed taking into account a predetermined assessment task and using an assessment system which comprises a neural network.
  • a training data record is initially provided and / or used, which comprises several state data points from one or more three-dimensional training objects.
  • the training data record includes a known status evaluation for each of the status data points in relation to the specified assessment task.
  • the neural network of the evaluation system is then parameterized using the training data set in a training process.
  • the adapted or trained assessment system can then calculate an assessment of the condition for a given status data point of the test object in an execution process. Consequently, the method according to the invention enables improved condition assessment, in particular with regard to efficiency and / or accuracy.
  • the invention and / or advantageous refinements of the invention enable a completely data-driven teaching-in of the evaluation system, so that the Evaluation system can evaluate or assess the state of a three-dimensional test object.
  • the basis for this is a training data record which provides a problem-specific set of states with a known state evaluation.
  • the information can then be used to teach the assessment system to the specified assessment task, whereby a generic assessment algorithm of the assessment system, which is preferably based on a deep neural network, is trained with the training data of the training data set.
  • no features selected a priori are required for this.
  • test object and “three-dimensional training object” - in particular within the scope of the claims and preferably within the description - can be understood in the broadest sense as three-dimensional, preferably objective, objects, which, depending on the construction of the object and / or assume various states due to the properties inherent in the object.
  • test object or the training objects can be provided, simulated and / or used in the form of a digital twin or in the form of a digital virtual model.
  • the digital twin can be generated by measurements and / or by simulations, namely by generating a digital image of the three-dimensional object, the state being given as a discretized tensor field on the digital image.
  • the three-dimensional test object or the three-dimensional training objects can be designed as digital virtual CAD models on which the state is given as a discretized tensor field.
  • the expression “assessment task” - in particular within the scope of the claims and preferably within the scope of the description - is to be understood in the broadest sense, namely as possible assessments and / or assessments of states that relate to a three-dimensional Test object or in relation to a three-dimensional training object can be made.
  • condition assessment it should be pointed out - in particular within the scope of the claims and preferably within the description — that a condition assessment can be understood to mean the result of the assessment task for a given condition data point.
  • a deep neural network it should be pointed out - in particular in the context of the claims and preferably in the context of the description - that a deep neural network - compared to a conventional or simple neural network - is distinguished by a larger number distinguished on layers.
  • a deep neural network can advantageously comprise at least six layers.
  • a convolutional network that is to say a “convolutional neural network”
  • the evaluation system can advantageously be implemented as a software system on a powerful computer. In a further advantageous manner, the computer could have highly parallel computing units in the form of powerful graphics units.
  • the evaluation system can be modular.
  • a data module can enable the administration and / or use of the training data.
  • the neural network could be parameterized via a training module and the parameterized neural network could finally be used for automatic assessment via an evaluation module.
  • different interface modules can enable easy access to the evaluation system, for example via web-based protocols.
  • the three-dimensional test object can advantageously comprise a component, a mechanical system, an electromechanical system and / or an electrochemical system.
  • a constructed technical system can be regarded as a system here, which can consist of several parts and components. For example machines, plants, motor vehicles, etc. and / or parts thereof. This means that the states of a wide variety of technical systems can be evaluated efficiently.
  • the training objects of the training data set can be selected problem-specifically in such a way that the predetermined assessment task can be applied to the training objects and to the test object.
  • the training objects and the test object are thus related to one another in such a way that the specified assessment task is defined both for the training objects and for the test object.
  • the neural network of the evaluation system can be effectively trained for the assessment task with the correspondingly selected training data set or with the status data points and the associated known status assessments.
  • a trained / adapted neural network enables the calculation of a condition assessment by the assessment system based on a predetermined condition data point of the test object.
  • the state data points of the training objects and the state data point of the test object can each comprise spatial state data.
  • the spatial status data can advantageously be data which describe and define the status of the test object or of the training object. This means that the spatial status data represent the status of the three-dimensional object to be assessed.
  • the spatial status data can be represented in the form of a spatial status field, the status data being distributed in three-dimensional space according to a predefined pattern or according to a predefined arrangement. Accordingly, the spatial state data with scanning points can span a three-dimensional scanning space - possibly around the test object or around the training object, the scanning points in the scanning space being corresponding to the three-dimensional object (ie test object and / or training object) a predefined arrangement are distributed.
  • the spatial state data indicate the sample values prevailing at the sample points - for example physical measured values and / or sample values calculated on the basis of simulation values - in relation to the three-dimensional object. Efficient processing of the spatial status data can thus be implemented by the neural network of the evaluation system, and completely data-driven teaching of the evaluation system can be implemented.
  • the spatial state data comprised by a state data point of a training object can advantageously define a state of the training object.
  • the spatial state data included in the state data point of the test object can define a state of the test object.
  • a state of the three-dimensional object ie test object and / or training object
  • the “known” condition assessment belonging to the spatial condition data of a condition data point can be determined manually by an experienced expert.
  • the one to be determined in advance Known condition assessment also takes place by evaluating historical data.
  • a training data record can thus be provided with which the neural network of the assessment system can be taught in in an efficient manner.
  • the spatial status data of a status data point can be represented as a discretized scalar, vector and / or tensor field.
  • a tensor can represent a sample value - such as a measured value and / or a sample value calculated on the basis of simulation values - at a sample point.
  • the tensor field can then include a predeterminable number of spatially distributed samples represented as a tensor with reference to the respective sampling points.
  • a tensor can be seen as the generalization of scalar values (tensor 0th level), vectors (tensor 1st level) or matrices (tensor 2nd level).
  • a particularly advantageous representation of the spatial status data can thus be realized, which enables the spatial status data to be processed efficiently by the neural network of the evaluation system.
  • the spatial status data of a status data point can be converted into the form of a uniform grid.
  • the grid can advantageously be a numerical grid, in particular a Cartesian grid. This enables efficient processing of spatial status data by the neural network of the evaluation system.
  • the spatial status data of a status data point can be represented as a tensor of level N + 3, where N is the order of the status data per grid point.
  • N is the order of the discretized tensor field of the input data for the neural network of the evaluation system.
  • N is the order of the discretized tensor field of the input data for the neural network of the evaluation system.
  • N the order of the discretized tensor field of the input data for the neural network of the evaluation system.
  • N 2 applies.
  • the status data is also resolved in time, the dimension increases by an additional 1.
  • the spatial status data - for example measurement and / or simulation data - of a status data point is transferred to this representation, so that efficient processing is made possible by the neural network of the evaluation system.
  • the spatial status data of a status data point can represent a physical quantity.
  • the spatial status data of the status data point can thus define a physical status of the test object or of a training object.
  • the spatial status data of a status data point of the test object can then be analyzed by the evaluation system, so that the status evaluation is calculated / ascertained on the basis of the underlying spatial status data for the status data point.
  • the spatial status data of a status data point can include a temperature field, a deformation field, a speed field, a voltage field, a pressure field, a displacement field and / or an electromagnetic field.
  • the respective state field is advantageously present in a discretized form. A wide variety of properties or corresponding states of a three-dimensional test object to be examined can thus be efficiently evaluated using the spatial state data of a state data point and taking into account the specified assessment task.
  • the spatial status data of a status data point can represent a digitization status of the respective three-dimensional object.
  • the spatial state data of a state data point can preferably include the local resolution of a numerical grid and / or a quality feature of a numerical grid. For example, the equilibrium of triangles could be considered as a quality feature of the numerical grid.
  • a digitization state of a digitized three-dimensional test object can thus be evaluated in an efficient manner.
  • the state data points of the training objects and the state data point of the test object can advantageously include at least one additional parameter in addition to the spatial state data. In this way, further parameters which - possibly - have an influence on the state of the three-dimensional object can be taken into account when determining or calculating the state evaluation for a state data point. This provides more precise results.
  • the training process can include a parameter optimization step, with a status evaluation being calculated by the evaluation system for each state data point of the training data set in the parameter optimization step.
  • the known status evaluation of the training data record belonging to the respective status data point can be compared with the calculated status evaluation, so that network parameters of the neural network are adapted as a function of the comparison.
  • the network parameters are the weights of the neural network of the evaluation system, which are required for the calculations of the neural network.
  • the parameter optimization step can advantageously be carried out several times, possibly with different training data sets. A more precise evaluation of a state of a test object can thus be realized.
  • application-specific network parameters of the neural network of the evaluation system can be determined in the training process by back propagation, the training data set and initial network parameters (ie initial weights) of the neural network being used as input data for back propagation.
  • the initial network parameters / weights can be understood here as network parameters that are used before a first trai- initial process.
  • the neural network of the evaluation system can advantageously be configured in such a way that the spatial state data and the at least one additional parameter are processed separately from one another in a plurality of folding layers before the respectively calculated intermediate results are brought together again and by further layers of the neural Network are processed.
  • a particularly efficient processing of the input data is thus implemented by the evaluation system, whereby an efficient and precise calculation of the state evaluation for a state data point is made possible.
  • Advantageous embodiments of the invention can evaluate or assess the condition of a three-dimensional test object - such as a mechanical system - on the basis of spatial condition data, in particular on the basis of spatial tensor fields.
  • Advantageous embodiments of the invention can be implemented and categorized according to the type and origin of the underlying status data:
  • Spatial status data based on physical measurement data of a three-dimensional test object Using various measurement methods such as ultrasound, depth cameras, multi-camera systems and / or sensor arrays, spatial status data of mechanical components and / or technical systems can be recorded as test objects. For example, temperature and / or deformation fields are conceivable as a basis for spatial state data.
  • Physical states of a test object can be simulated using numerical simulation methods and made available in high resolution. With this approach, a wide variety of states can to be examined. For example, here, among other things, voltage, displacement and / or pressure fields are conceivable as the basis for spatial status data.
  • - Spatial status data based on the digitization of a three-dimensional test object When digitizing a test object (for example a mechanical component or system) and / or with physical measurement data in relation to the test object, errors can occur under certain circumstances. The assessment of the digitization status is therefore essential in order to estimate these errors. For example, the local resolution and / or a quality feature of the numerical grid are conceivable as the basis for spatial state data.
  • test objects such as mechanical systems
  • the assessment or assessment of the physical status of test objects primarily serves to increase the performance of the test object.
  • the reduction in weight, the reduction of noise emissions, the increase in energy efficiency, the reduction in air resistance and / or the increase in stability in the event of accidents can be taken into account and improved.
  • the expected lifespan can be estimated above all with simulation studies, for example for the distribution of power or heat.
  • additional measurement results can be used for this purpose.
  • An analysis of the test object or the technical system for example using ultrasound or depth cameras, enables the generation of spatial status data, for example in the form of Tensor fields.
  • the automatic assessment and evaluation of this status data enables the operational safety of the test object or the system to be monitored automatically.
  • An automatic assessment / evaluation of digitization states of the test object is also helpful for monitoring the simulation process during product development.
  • FIG. 1 is a schematic view of an illustration of a manual assessment of a mechanical system by an expert
  • FIG. 2 shows a schematic view of an automatic assessment of the state of a mechanical system, where rule-based automation is possible by defining application-specific features
  • FIG. 3 shows in a schematic view an illustration of an automatic assessment of the state of a mechanical system using simple machine learning methods, the machine learning methods requiring the definition of application-specific features for assessing system states,
  • FIG. 4 shows a schematic view of a method for evaluating a state of a three-dimensional test object according to an exemplary embodiment of the invention, the state of the test object being automatically assessed
  • 5 shows in a schematic view an illustration of a training process according to an embodiment of the invention, the neural network being adapted by training for a predetermined assessment task or for a specific application
  • FIG. 6 shows a schematic view of a training process for adapting a neural network of an evaluation system according to an exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 7 shows a schematic view of a network architecture of a deep neural network for a rating system according to an exemplary embodiment of the invention, the deep neural network being designed as a convolutional neural network,
  • FIG. 8 shows a schematic view of a method for evaluating a state of a three-dimensional test object according to an exemplary embodiment of the invention, the state of the test object being automatically assessed,
  • FIG. 9 is a schematic view of an illustration of a temperature field as spatial state data of an accumulator pack for a method according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 10 is a schematic view of an illustration of a voltage field of an angle calculated by numerical simulation for a method according to an embodiment of the invention
  • FIG. 11 shows a schematic view of the angle according to FIG.
  • FIG. 12 shows a schematic view of an illustration of a method for evaluating a state of a mechanical system as three-dimensional test object according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 1 shows in a schematic view an illustration of a manual assessment by a human expert as a typical procedure for evaluating a mechanical system.
  • the system state is specified by a tensor field, which is typically visualized to the expert by a suitable computer-based visualization program. Additional information about the mechanical system to be analyzed is also included, so that the expert ultimately has to assess or assess the system status based on the information and data visualized using his subjective experience.
  • FIG. 2 shows in a schematic view an illustration of an automatic assessment of the system status of a mechanical system, wherein - in contrast to the procedure according to FIG. 1 - rule-based automation is possible by the definition of application-specific features.
  • FIG. 3 shows in a schematic view an illustration of an automatic assessment of the system status of a mechanical system, simple machine learning methods being used in addition to the procedure according to FIG. 2.
  • the machine learning processes require the definition of application-specific features to assess the system status of the mechanical system.
  • FIG. 4 shows in a schematic view an illustration of a method for evaluating a state of a three-dimensional test object according to an exemplary embodiment of the invention, the state of the test object being assessed automatically.
  • the exemplary embodiment illustrated in FIG. 4 is a method based on a deep neural network, which can be used for the automatic assessment of states of technical systems and / or components. System states of the test object can be automatically be judged.
  • the condition to be assessed of the three-dimensional test object to be examined is specified by spatial condition data in the form of a tensor field.
  • one or more additional parameters can be provided as additional information.
  • the tensor field and any additional parameters that may be provided are analyzed by the trained or adapted deep neural network, so that the status of the test object is evaluated automatically.
  • the method according to the exemplary embodiment shown in FIG. 4 can include the following:
  • each state data point (sample, training example) of the training data record comprises spatial state data which represent a training example.
  • each status data point can include one or more additional parameters.
  • the training data record includes a known status evaluation for each of the status data points.
  • the spatial status data provide the basis for describing or defining a status of a three-dimensional training object.
  • the additional parameters are optional additional information that can also influence the state of the training object.
  • the spatial status data if appropriate, together with one or more State parameters thus form the basis for the state of the respective state data point.
  • the well-known condition assessment is based on the spatial condition data and - if available - the optional additional parameters.
  • This known status evaluation of the training examples or the training data set can be determined manually by experienced human experts. Ideally, training examples including such manual (known) status assessments for a problem or for an application are already available, since appropriate assessments have already been carried out manually in the past.
  • FIG. 5 shows in a schematic view an illustration of a training process according to an exemplary embodiment of the invention, the neural network being adapted by means of training for a predetermined assessment task or for a specific application with regard to a three-dimensional test object. After the training process, the neural network can automatically assess or assess the system states of the test object.
  • the network parameters i.e. the weights of a neural network are adjusted on the basis of a training data set that includes application-specific training data.
  • the neural network is thus adapted or parameterized by the training for a specific application, taking into account a specified assessment task.
  • the training process can be carried out with different training data, based on the trained weights of a previous training process, so that subsequent training can be carried out.
  • the neural network can determine the status of a test object in an execution process on the basis of specified or provided input data - spatial status data, if necessary with one or more additional parameters - and on the basis beforehand in the training phase Recognize and evaluate learned states.
  • the result of this condition assessment can be, for example, a numerical value (regression) or the assignment to a predefined class (classification).
  • 6 shows in a schematic view an illustration of a training process for adapting a neural network of an evaluation system according to an exemplary embodiment of the invention.
  • the evaluation system comprises a component for converting the spatial state data, which belongs to the input data, into a data format based on a uniform grid, which can be processed efficiently and easily with neural networks.
  • the evaluation system comprises a modular network architecture based on a convolutional neural network (ConvNet), which allows an efficient status assessment and optionally allows the processing of one or more additional parameters as additional information.
  • ConvNet convolutional neural network
  • the modular network architecture of the evaluation system enables the neural network to be retrained.
  • the evaluation system of the embodiment shown in FIG. 6 is designed in such a way that a training process and an execution process can be carried out, so that it is possible to evaluate the state of the test object using the neural network architecture of the evaluation system.
  • the condition assessment for a condition data point of the test object is calculated by the assessment system trained for the specified assessment task.
  • Training examples which are provided in the form of the training data record, serve as input. Depending on the application, a large number of training examples may typically be required. For example, this could be several hundred thousand training examples.
  • the following entries are used for each training example in the course of the training process: - Spatial condition data
  • the output or the result of the training process are the updated, application-specific network parameters, so that the neural network or the evaluation system is adapted to any test object, taking into account the specified assessment task.
  • the spatial state data are converted into a form that can be processed effectively and effectively for neural networks.
  • the conversion of the spatial state data into a tensor field on a Cartesian grid lends itself.
  • the network parameters (weights) of the neural network can be initialized on the basis of an initialization function.
  • the calculations or “estimates” of the neural network are then compared with given expert assessments, namely the known status assessments, and an error calculation is carried out.
  • a parameter optimization is then carried out. In a suitable manner, this parameter optimization step can be carried out until a termination condition is fulfilled.
  • a termination condition for example, falling below a predetermined error limit or reaching a predetermined — possibly maximum — number of optimization steps is conceivable.
  • the spatial state data are processed in such a way that they are represented in the form of a uniform, preferably a Cartesian, grid.
  • the spatial state data can thus be effectively analyzed using deep neural networks.
  • the input data for example measurement or simulation data, are first to be converted into this representation.
  • Spatial state data which are obtained from measurement results, are usually represented on the basis of point clouds.
  • the sampling points located in a lattice cell can, for example, be summarized by averaging the respectively assigned tensors.
  • Other possibilities known to those skilled in the art from practice are also conceivable.
  • Spatial state data obtained from numerical simulations are usually represented by tensor fields based on unstructured, polygonal networks.
  • the polygonal network can, for example, be scanned at the centers of the grid cells of the uniform grid.
  • Other possibilities known to the specialist from practice are also conceivable.
  • the presentation of spatial status data in the form of uniform grids requires a lot of storage space. Measures can therefore advantageously be taken to reduce the memory consumption. It may be advisable to examine only a small part of the test object separately, for example by dividing the grid into different regions.
  • the use of adaptive data structures for storing the spatial state data on the uniform grid is conceivable.
  • Various data structures known from the practice of computer graphics are conceivable for this, such as the use of octrees.
  • An octree is a rooted tree, the nodes of which have either eight direct successors or no successors at all. Three-dimensional data sets can thus be subdivided hierarchically in a suitable manner.
  • 7 shows a schematic view of a network architecture of a deep neural network for a rating system according to an exemplary embodiment of the invention, the deep neural network being designed as a convolutional neural network.
  • the input data for the deep neural network are, on the one hand, the spatial status data of the test object and, on the other hand, one or more additional parameters of the test object, such as weight, frequency information, material types, etc.
  • the spatial status data lie as a tensor field on a Cartesian Grid in front.
  • FIG. 7 shows a possible embodiment of a rating system based on a Convolutional Neural Network (ConvNet).
  • ConvNet Convolutional Neural Network
  • one or more completely connected neuron layers can follow, in order to fix the output of the neural network to a specific dimensionality, as is often desired, for example, in the case of a classification.
  • final processing can then be carried out using special activation / normalization functions (for example voting).
  • the sum of all network parameters (weights) for each layer determine the behavior of the neural network.
  • These network parameters can be determined in a training process, which is given as an example with the embodiment shown in FIG. 6.
  • a folding layer is implemented as a combination of folding step, activation step, normalization step and pooling step. These steps can be carried out several times in succession in different configurations and sequences within the neural network. Furthermore, several foldings can be carried out, including normalization and activation, in order to then carry out a pooling step.
  • folding layers comes from the mathematical operation “folding” of the same name, which is the basis of the folding layer.
  • a convolution (/ * g) of two functions / and g with R n (C results as follows:
  • multidimensional discrete data is usually used. Accordingly, the discrete fold can be used.
  • An input / for example a temperature field, is then folded in the folding layer on a three-dimensional grid with a folding kernel K in order to produce the output or the result of the folding.
  • the parameters optimized during the training correspond to the parameters of the convolution kernel K. For three-dimensional input data, this results in the discrete convolution using a formula as follows:
  • S (i,;, / c) here denotes the result of the folding of the input data / instead of i, j, k with a folding kernel K of size pi, h, r.
  • the inputs and outputs of different layers within the neural network can be normalized. This enables faster and more robust training. This can be done in the normalization step based on the expected value and the variance of the training data.
  • Activation layers can be used to produce a nonlinear output from the linear output of a fold.
  • the sigmoid function is useful:
  • Pooling layers are used to summarize the output of previous operations. Here, a summary of a defined neighborhood is generated according to a certain procedure. Max pooling can be used as a strategy for pooling, in which a right-angled neighborhood is combined by choosing its maximum value.
  • the network parameters of the deep neural network according to the embodiment shown in FIG. 7 can be determined using a back propagation method.
  • Various optimization methods known from practice are conceivable.
  • the stochastic gradient descent or a modified version such as the Adam method can be used.
  • the entire data set is advantageously not used for optimization, but instead repeats randomly selected subsets of the training data set for the calculation of the gradient.
  • this gradient which is calculated on a target function, the necessary adjustment of the parameters is determined.
  • an error function can serve as the objective function, which quantifies the deviation between the prediction of the neural network and the expert opinion, namely the known condition assessment.
  • the error of a prediction can be determined, for example, as the mean square error between input and output or using the cross entropy.
  • weights can be initialized with random values before the first training. This can be done in a suitable manner, for example with the "Xavier" initialization function, in which the weights are selected at random from the interval defined as follows:
  • Transfer learning offers another possibility:
  • the neural network is initially trained for a related task for which a large amount of training data is available.
  • the neural network is adapted to the specific target application (post-training).
  • post-training Various embodiments are conceivable for this procedure.
  • One possibility may be that the parameters of the completely connected neuron layers are randomly reinitialized before the post-training, but the other parameters are taken from the previous training. In this case, it may make sense to leave the network parameters (weights) of the folding layers constant.
  • FIG. 8 shows a schematic view of an illustration of a method for evaluating a state of a three-dimensional test object according to an exemplary embodiment of the invention, the state of the test object being automatically assessed.
  • the evaluation system can be used as part of the execution process for automatic evaluation or assessment of the state of the test object.
  • 9 shows a schematic view of a sketched illustration of a temperature field of an accumulator pack 1 for a method according to an exemplary embodiment of the invention.
  • 9 is intended to illustrate the result of a thermal 3D imaging, wherein the battery pack 1 was photographed from different directions during a charging process with a depth camera and a thermal imaging camera, and a three-dimensional point cloud 2 was subsequently generated by image fusion.
  • 9 shows temperatures in the range between 15 ° C. and 45 ° C. according to the temperature division 3 on the vacuum pack 1. There is then a temperature for each point on the visible surface of the battery pack 1.
  • a spatial state field of the temperature on the surface of the battery pack 1 can thus be created from various 2D thermal images and depth information, in order then to be supplied as spatial state data to an evaluation system according to an embodiment of the invention.
  • the evaluation system can evaluate the state of the battery pack 1 based on the discretized temperature field. Defects in the battery pack 1 can not only reduce the performance of a system driven by the battery pack 1, but also represent a dangerous source of explosion.
  • each state data point of the training data record comprises the following:
  • the training data record comprises a known status evaluation for each of the status data points.
  • the known condition assessment is determined in advance by an experienced expert, whereby the following assessments or condition assessments are distinguished:
  • the resolution of the grid is first defined (for example 256x256x256 cells). Depending on the size of the battery pack, the size of the grid cells is then calculated by dividing the dimensions by the number of cells in each spatial direction. Then for each cell all Points P_i sought that are in the cell. The temperature value for each grid cell then results from the averaging of the temperature values at points P_i.
  • a particularly advantageous configuration of the neural network is as follows:
  • the folding layers use normalization and activation by means of leakyReLu, max-pooling is also carried out every two to three layers. A total of six to nine folding layers.
  • the network parameters (weights) of the neural network are initialized using "Xavier” initialization.
  • the described post-training strategy is followed.
  • a three-dimensional point cloud with temperature information per sampling point serves as input for the evaluation system.
  • the age of the battery pack 1 and the current charging current also serve as input for the evaluation system.
  • the three-dimensional point cloud with the temperature information per sampling point forms the spatial state data in the form of a discretized temperature field.
  • the age and the current charging current represent the additional parameters.
  • the evaluation system can then automatically judge the state of the battery pack 1 based on the spatial state data, namely the discretized temperature field, and on the basis of the additional parameters and can distinguish the following cases:
  • FIG. 10 shows in a schematic view an illustration of a voltage field of an angle 4 calculated by numerical simulation for a method according to an embodiment of the invention.
  • the voltage field of the angle 4 is shown as a scalar field (von Mises voltage) on a polygonal grid 5 according to the voltage division 6, the polygonal grid 5 in FIG. 10 being designed as a tetrahedron grid.
  • each state data point comprising the following: - Spatial state data: discretized voltage field on a polygonal grid with voltage information per sampling point - obtained from numerical simulation, and
  • the training data record comprises a known status evaluation for each of the status data points.
  • the known condition assessment is determined in advance by an experienced expert, whereby the following assessments or condition assessments are distinguished:
  • FIG. 11 shows a schematic view of the angle 4 according to FIG. 10, but without the polygonal grid and with the sampling points 7 shown on the angle geometry of the angle 4.
  • the spatial status data of a status data point can be analyzed by the neural network of the evaluation system
  • the spatial status data are subjected to data preparation.
  • a scanning is carried out in order to transfer the voltage field defined on the tetrahedron lattice shown in FIG. 10 to a uniform lattice.
  • an even grid is defined.
  • the stress tensor at P is then calculated by linearly interpolating the stress sensors at the four points in the tetrahedron T.
  • Fig. 1 1 illustrates the position of the sampling points on the geometry of the angle.
  • a particularly advantageous configuration of the neural network of the evaluation system can be carried out as in the network configuration in the exemplary embodiment relating to the battery pack, but no folding layers are used to process additional parameters.
  • the network parameters (weights) of the neural network are initialized using "Xavier" initialization. In the case of existing data, the described post-training strategy is followed.
  • the input to the evaluation system is a spatial field data on a voltage field on a polygonal grid, which was calculated using a numerical simulation.
  • the material type of the angle used also serves as additional information for the evaluation system.
  • the evaluation system can then automatically judge the state of the angle based on the spatial state data, namely the discretized voltage field and on the basis of the additional parameter, and can distinguish the following cases:
  • the voltage state of an angle can thus be automatically assessed as a test object.
  • FIG. 12 shows in a schematic view an illustration of a method for evaluating a state of a mechanical system as a three-dimensional test object according to an exemplary embodiment of the invention.
  • mechanical systems such as a body of an automobile or an aircraft fuselage / wing - the vibration or oscillation behavior of the system, ie the test object, must be analyzed and analyzed optimize.
  • essential vibration forms such as torsion, are preferably identified in measurement and / or simulation data.
  • the three-dimensional test object or the mechanical system can be evaluated or examined with regard to its vibration behavior with the exemplary embodiment according to FIG. 12.
  • a point cloud with associated displacement vectors for a three-dimensional test object namely a complex mechanical system such as, for example, a motor vehicle body or an aircraft fuselage or an aircraft wing.
  • a three-dimensional displacement field is thus provided as the state data point.
  • This state data point represents a spatial waveform as the state of the test object.
  • this status data point together with the assigned excitation frequency, which can optionally be assigned, represents a spatial waveform as the status of the test object.
  • the spatial state field of the displacement vectors i.e. the three-dimensional displacement field can be obtained by a dense measuring field on sensors or by simulation.
  • the evaluation system can then evaluate the state of the system with respect to the vibration behavior based on a discretized displacement field. Furthermore, it is conceivable that the evaluation system evaluates the state of the system in relation to the vibration behavior based on a discretized displacement field and the associated excitation frequency.
  • the state of vibration of the test object or mechanical system in relation to different excitation frequencies is decisive for the noise comfort and the durability of the mechanical system.
  • the evaluation of the individual vibration forms is essential for this, i.e. the assignment of the state data point to physically relevant basic patterns such as torsion. In this way, it can be avoided that these relevant basic vibration forms resonate with known external excitation frequencies and that the mechanical system to be investigated is emitted to a large extent or is destroyed.
  • each state data point of the training data set comprises the following:
  • Spatial state data point cloud with displacement vector per sampling point in the scanning space - preferably obtained from sensor or simulation data, and
  • the training data record comprises a known status evaluation for each of the status data points.
  • the known condition assessment is determined in advance by an experienced human expert, the assessment of the vibration forms and condition assessments depending on the precise type of mechanical system.
  • assessments or status assessments can be distinguished or taken into account:
  • the following procedure can be used, for example.
  • the resolution of the grid is determined (for example 256x256x256 cells).
  • the size of the grid cells is then calculated depending on the size of the mechanical system by dividing the dimensions by the number of cells in each spatial direction. All points P_i which are in the cell are then sought for each cell.
  • the three-dimensional displacement vector for each The grid cell then results from the averaging of the displacement vectors at the points P_i.
  • a particularly advantageous configuration of the neural network is as follows:
  • the folding layers use normalization and activation by means of leakyReLu, a max pooling is also carried out every two layers. A total of six layers of folds.
  • the network parameters (weights) of the neural network can be initialized using "Xavier” initialization.
  • the described post-training strategy can be followed for existing data.
  • a three-dimensional point cloud with displacement information per sampling point serves as input for the evaluation system.
  • the frequency of the excitation can serve as an optional input for the evaluation system.
  • the three-dimensional point cloud with the displacement information per sampling point forms the spatial state data in the form of a discretized displacement field.
  • the excitation frequency represents a possible additional parameter.
  • the evaluation system can then automatically judge the state of the mechanical system based on the spatial state data, namely the discretized displacement field and possibly based on the optional additional parameter, by identifying a basic physical waveform in the state data point.
  • the following cases can be distinguished or taken into account:
  • a method can be configured as follows:
  • the method is used to evaluate a state of a three-dimensional test object, taking into account a predetermined assessment task and using an evaluation system that comprises a neural network.
  • a training data record is provided and / or used, which comprises several status data points from one or more three-dimensional training objects.
  • the training data record includes a known status evaluation for each of the status data points in relation to the specified assessment task.
  • the neural network of the assessment system is parameterized in a training process using the training data set. In an execution process, a condition assessment is calculated or ascertained with the adapted assessment system for a given status data point of the test object.
  • the test object is a mechanical system, for example a vehicle body, an aircraft fuselage, an aircraft wing or at least a component thereof. It can be used as a predefined assessment task to determine at which frequency a predefinable (or a certain physically relevant) waveform occurs.
  • the condition assessment of the test object can thus be a vibration form (vibration pattern).
  • a state data point - in the context of this embodiment - is a three-dimensional displacement field.

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Abstract

A method for rating a state of a three-dimensional test object by taking into consideration a prescribed assessment task and by using a rating system comprising a neural network, wherein a training data record is provided and/or used that comprises multiple state data points from one or more three-dimensional training objects, wherein the training data record comprises a known state rating in regard to the prescribed assessment task for each of the state data points, wherein the rating system is adapted to the prescribed assessment task by parameterising the neural network of the rating system by using the training data record in a training process, and wherein an execution process involves the adapted rating system being used to calculate a state rating for a prescribed state data point of the test object. In addition, a corresponding rating system and a computer program product are disclosed.

Description

VERFAHREN ZUM BEWERTEN EINES ZUSTANDS  METHOD FOR EVALUATING A CONDITION
EINES DREIDIMENSIONALEN PRÜFOBJEKTS UND ENTSPRECHENDES BEWERTUNGSSYSTEM  A THREE-DIMENSIONAL TEST OBJECT AND APPROPRIATE EVALUATION SYSTEM
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bewerten eines Zustands eines dreidimen- sionalen Prüfobjekts. The invention relates to a method for evaluating a state of a three-dimensional test object.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Bewertungssystem zum Bewerten eines Zu- stands eines dreidimensionalen Prüfobjekts. Furthermore, the invention relates to an evaluation system for evaluating a state of a three-dimensional test object.
Schließlich betrifft die Erfindung ein entsprechendes Computerprogrammprodukt. Finally, the invention relates to a corresponding computer program product.
Aus der Praxis ist es bekannt, dass in vielen Bereichen des Produktlebenszyklus, wie beispielsweise in der Entwicklung oder Wartung, die genaue Beurteilung des physikalischen Zustandes eines mechanischen bzw. eines technischen Systems ein wichtiges Kriterium für ingenieurtechnische Entscheidungen ist. Zu diesen Ent- scheidungen gehören beispielsweise die Auslegung von Sicherheitsmargen oder Wartungsintervallen. Durch Messungen oder Simulationen wird dabei ein digitales Abbild des mechanischen bzw. des technischen Systems erzeugt (digitaler Zwil- ling), auf dem der Systemzustand als diskretisiertes Skalar- oder Vektorfeld gege- ben ist, zum Beispiel in Form einer Temperatur-, Druck- oder Spannungsverteilung. It is known from practice that in many areas of the product life cycle, such as in development or maintenance, the precise assessment of the physical condition of a mechanical or technical system is an important criterion for engineering decisions. These decisions include, for example, the design of safety margins or maintenance intervals. Measurements or simulations create a digital image of the mechanical or technical system (digital twin) on which the system state is given as a discretized scalar or vector field, for example in the form of a temperature, pressure or voltage distribution.
In der Praxis erfolgt die Beurteilung von physikalischen Zuständen eines mechani- schen Systems weitestgehend manuell durch entsprechende Experten. Die Beur- teilung erfolgt dabei auf Grundlage der persönlichen Erfahrung des Experten. Bei der Beurteilung wird ein Tensorfeld typischerweise durch geeignete computerba- sierte Visualisierungsprogramme dargestellt. Diesbezüglich sei beispielsweise auf die Nichtpatentliteratur„Kratz, A., Schoeneich, M., Zobel, V, Burgeth, B., Scheuer mann, G., Hotz, /. und Stommel, M. (2014, March): Tensor visualization driven me- chanical component design. In Visualization Symposium (PacificVis), 2014 IEEE Pacific (pp. 145-152). IEEE“ verwiesen. Oft werden zusätzlich zu dem Tensorfeld auch zusätzliche Informationen wie beispielsweise Zeitstempel oder einfache nu- merische Daten, zum Beispiel Frequenzen, zur Beurteilung herangezogen. Bei der manuellen Beurteilung ist jedoch besonders nachteilig, dass sie sehr zeitintensiv und stark von der persönlichen und subjektiven Erfahrung des Experten abhängig sind. So ist die manuelle Beurteilung auch anfällig für menschliche Flüchtigkeitsfeh- ler und schwer reproduzierbar. Fig. 1 veranschaulicht die manuelle Beurteilung durch einen Experten, die in der Praxis als typisches Vorgehen bei der Beurteilung von mechanischen Systemen gilt. In practice, the physical states of a mechanical system are largely assessed manually by experts. The assessment is based on the personal experience of the expert. During the assessment, a tensor field is typically represented by suitable computer-based visualization programs. In this regard, reference is made, for example, to the non-patent literature “Kratz, A., Schoeneich, M., Zobel, V, Burgeth, B., Scheuer mann, G., Hotz, /. and Stommel, M. (2014, March): Tensor visualization driven mechanical component design. In Visualization Symposium (PacificVis), 2014 IEEE Pacific (pp. 145-152). IEEE ”. In addition to the tensor field, additional information such as time stamps or simple numerical data, for example frequencies, is often used for the assessment. In the However, manual assessment is particularly disadvantageous in that it is very time-consuming and heavily dependent on the personal and subjective experience of the expert. The manual assessment is also susceptible to human volatile errors and is difficult to reproduce. Fig. 1 illustrates the manual assessment by an expert, which in practice is a typical procedure for the assessment of mechanical systems.
Um den beschriebenen Nachteilen der manuellen Beurteilung zu begegnen, ist es wünschenswert den Beurteilungsprozess zu automatisieren. Dafür ist es nötig, das anwendungsspezifische menschliche Expertenwissen im Computer abzubilden. Seit den 1990er Jahren wird dazu auf dem Gebiet des Knowledge-based Enginee- ring (KBE) geforscht. Hierzu sei beispielsweise auf die Nichtpatentliteratur„ Verta gen, W J., Bermell-Garcia, P., van Dijk, R. E. und Curran, R.: A criticai review of Knowledge-Based Engineering: An Identification ofresearch chaiienges. Advanced Engineering informatics 26 (2012), 5- 15‘Ne rwiesen. Die Grundidee ist, über Regeln und Ontologien die entsprechenden Entscheidungspfade zu beschreiben. Um diese Verfahren auf sub-symbolische Daten wie Tensorfelder anwenden zu können, müs- sen zunächst anwendungsspezifische Merkmale wie zum Beispiel statistische Grö- ßen innerhalb von Regionen oder Bauteilen extrahiert werden. Fig. 2 veranschau- licht eine automatische Beurteilung des Systemzustandes eines mechanischen Systems, wobei durch die Definition von anwendungsspezifischen Merkmalen in ei- nigen Fällen eine regelbasierte Automatisierung möglich wird. In order to counter the described disadvantages of manual assessment, it is desirable to automate the assessment process. For this, it is necessary to map the application-specific human expert knowledge on the computer. To this end, research has been carried out in the field of knowledge-based engineering (KBE) since the 1990s. For example, refer to the non-patent literature “Verta gen, W J., Bermell-Garcia, P., van Dijk, R. E. and Curran, R .: A criticai review of Knowledge-Based Engineering: An Identification ofresearch chaiienges. Advanced Engineering informatics 26 (2012), 5-15'Ne riesen. The basic idea is to describe the corresponding decision paths using rules and ontologies. In order to be able to apply these methods to sub-symbolic data such as tensor fields, application-specific features such as statistical variables within regions or components must first be extracted. 2 illustrates an automatic assessment of the system status of a mechanical system, whereby in some cases the definition of application-specific features enables rule-based automation.
Obwohl derartige regelbasierte Automatisierungslösungen im Einzelfall sehr wert- voll sein können, haben sie auch erhebliche Nachteile: Die Formulierung anwen- dungsspezifischer Regeln und Merkmale ist äußerst aufwändig und das so abgebil- dete Wissen kann meist nur schlecht oder gar nicht auf andere Anwendungen trans- feriert werden. Ferner bleibt die Genauigkeit stark hinter der Beurteilungsfähigkeit menschlicher Experten zurück. Although such rule-based automation solutions can be very valuable in individual cases, they also have considerable disadvantages: The formulation of application-specific rules and features is extremely complex and the knowledge mapped in this way can usually only be transferred poorly or not at all to other applications become. Furthermore, the accuracy lags far behind that of human experts.
Gegenüber dem regelbasierten KBE sind aus der Praxis auch Verfahren bekannt, die eine automatische Beurteilung des Systemzustandes auf Basis von Merkmals- definition und maschineller Lernverfahren durchführen. Dabei ist jedoch problema- tisch, dass bei Anwendungen auf Systemzuständen, welche als Tensorfelder gege- ben sind, weiterhin zunächst anwendungsspezifische Merkmale zur Dimensionsre- duktion extrahiert werden müssen. Fig. 3 veranschaulicht die automatische Beurtei- lung des Systemzustands eines mechanischen Systems anhand einfacher maschi- neller Lernverfahren, wobei die maschinellen Lernverfahren die Definition anwen- dungsspezifischer Merkmale zur Beurteilung von Systemzuständen benötigen. Zur Extrahierung der anwendungsspezifischen Merkmale verwenden Verfahren aus der Praxis aufwändige Methoden wie spektrale Analysen, Diffusionskarten oder stochastische Verfahren. Hierzu sei beispielsweise auf die Nichtpatentliteratur „Garcke, J., Iza-Teran, R., (2017): Mach ine Learning Approaches for Data from Car Crashes and Numerical Car Crash S/mu/at/ons, NAFEMS 2017“ und„Martin, /., & Bestie, D. (2018): Automated eigen mode Classification for airfoiis in the presence of fixation uncertainties. Engineering Applications of Artificial Intelligence, 67, 187-196“ verwiesen. Wesentliche Nachteile dieser Ansätze sind jedoch der hohe Aufwand zur Identifikation geeigneter anwendungsspezifischer Merkmale (Feature Enginee- ring) sowie die im Vergleich mit dem menschlichen Experten deutlich geringere Ge- nauigkeit. In comparison to the rule-based KBE, methods are also known from practice which carry out an automatic assessment of the system status on the basis of the definition of features and machine learning processes. However, this is problematic table that in applications on system states which are given as tensor fields, application-specific features for dimension reduction still have to be extracted first. 3 illustrates the automatic assessment of the system status of a mechanical system using simple machine learning methods, the machine learning methods requiring the definition of application-specific features for assessing system statuses. Practical methods use complex methods such as spectral analyzes, diffusion maps or stochastic methods to extract the application-specific features. For example, refer to the non-patent literature "Garcke, J., Iza-Teran, R., (2017): Mach ine Learning Approaches for Data from Car Crashes and Numerical Car Crash S / mu / at / ons, NAFEMS 2017" and "Martin , /., & Bestie, D. (2018): Automated eigen mode Classification for airfoiis in the presence of fixation uncertainties. Engineering Applications of Artificial Intelligence, 67, 187-196 ”. However, the main disadvantages of these approaches are the high effort involved in identifying suitable application-specific features (feature engineering) and the significantly lower level of accuracy compared to that of the human expert.
Somit obliegt die Interpretation und Klassifikation des jeweiligen Systemzustandes eines mechanischen bzw. technischen Systems derzeit in der Regel menschlichen Experten, die ausgehend von einer Visualisierung des Systemzustandes aufgrund ihrer Erfahrung eine Entscheidung treffen. Dieses Vorgehen ist subjektiv und feh- leranfällig. Bisherige aus der Praxis bekannte Ansätze zur Automatisierung solcher Klassifikationen basieren auf regelbasierten Ansätzen. Dabei werden vordefinierte Merkmale extrahiert (zum Beispiel Maximalwert, Mittelwert, Histogramme), die dann mit einem einfachen Verfahren (zum Beispiel Schwellwertverfahren) klassifiziert werden. Diese Ansätze sind jedoch stark problemspezifisch, schwierig zu warten und erreichen nicht die Genauigkeit von menschlichen Experten. The interpretation and classification of the respective system status of a mechanical or technical system is currently usually the responsibility of human experts who make a decision based on their experience based on a visualization of the system status. This approach is subjective and prone to errors. Previous approaches known in practice for automating such classifications are based on rule-based approaches. Predefined characteristics are extracted (for example maximum value, mean value, histograms), which are then classified using a simple method (for example threshold value method). However, these approaches are highly problem-specific, difficult to maintain, and do not achieve the accuracy of human experts.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Bewerten eines Zustands eines dreidimensionalen Prüfobjekts der eingangs ge- nannten Art derart auszugestalten und weiterzubilden, dass eine verbesserte Zu- Standsbewertung, insbesondere im Hinblick auf Effizienz und/oder Genauigkeit, er- möglicht ist. Des Weiteren soll ein entsprechendes Bewertungssystem sowie ein entsprechendes Computerprogrammprodukt angegeben werden. The present invention is therefore based on the object of designing and developing a method for evaluating a state of a three-dimensional test object of the type mentioned at the outset such that an improved Status assessment, especially with regard to efficiency and / or accuracy, is possible. Furthermore, a corresponding evaluation system and a corresponding computer program product are to be specified.
Erfindungsgemäß wird die voranstehende Aufgabe durch die Merkmale des An- spruches 1 gelöst. Danach ist ein Verfahren zum Bewerten eines Zustands eines dreidimensionalen Prüfobjekts unter Berücksichtigung einer vorgegebenen Beurtei- lungsaufgabe und unter Nutzung eines ein neuronales Netz umfassenden Bewer- tungssystems angegeben, wobei ein Trainingsdatensatz bereitgestellt und/oder ver- wendet wird, der mehrere Zustandsdatenpunkte von einem oder mehreren dreidi- mensionalen Trainingsobjekten umfasst, wobei der Trainingsdatensatz in Bezug auf die vorgegebene Beurteilungsaufgabe für jeden der Zustandsdatenpunkte eine be- kannte Zustandsbewertung umfasst, wobei zur Anpassung des Bewertungssystems an die vorgegebene Beurteilungsaufgabe das neuronale Netz des Bewertungssys- tems unter Nutzung des Trainingsdatensatzes in einem Trainingsprozess paramet- risiert wird, und wobei in einem Ausführungsprozess mit dem angepassten Bewer- tungssystem für einen vorgegebenen Zustandsdatenpunkt des Prüfobjekts eine Zu- standsbewertung berechnet wird. According to the invention, the above object is achieved by the features of claim 1. Thereafter, a method for evaluating a state of a three-dimensional test object is given, taking into account a predefined assessment task and using an evaluation system comprising a neural network, wherein a training data set is provided and / or used, which contains several state data points from one or more comprises three-dimensional training objects, with the training data record relating to the predefined assessment task comprising a known status assessment for each of the status data points, the neural network of the assessment system using the training data record being parameterized in a training process in order to adapt the assessment system to the predefined assessment task - is standardized, and a status assessment is calculated in an execution process with the adapted assessment system for a given status data point of the test object.
Die voranstehende Aufgabe ist des Weiteren durch die Merkmale des Anspruchs 17 gelöst. Danach ist ein Bewertungssystem zum Bewerten eines Zustands eines dreidimensionalen Prüfobjekts unter Berücksichtigung einer vorgegebenen Beurtei- lungsaufgabe angegeben, wobei das Bewertungssystem ein, vorzugsweise tiefes, neuronales Netz umfasst, wobei das Bewertungssystem derart ausgebildet ist, dass ein Trainingsdatensatz verwendbar ist, der mehrere Zustandsdatenpunkte von ei- nem oder mehreren dreidimensionalen Trainingsobjekten umfasst, wobei der Trai- ningsdatensatz in Bezug auf die vorgegebene Beurteilungsaufgabe für jeden der Zustandsdatenpunkte eine bekannte Zustandsbewertung umfasst, wobei das Be- wertungssystem weiterhin derart ausgebildet ist, dass zur Anpassung an die vorge- gebene Beurteilungsaufgabe das neuronale Netz unter Nutzung des Trainingsda- tensatzes in einem Trainingsprozess parametrisierbar ist, und dass nach der An- passung an die vorgegebene Beurteilungsaufgabe in einem Ausführungsprozess für einen vorgegebenen Zustandsdatenpunkt des Prüfobjekts eine Zustandsbewer- tung berechenbar ist. Schließlich ist die voranstehende Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 18 betreffend ein Computerprogrammprodukt gelöst. The above object is further achieved by the features of claim 17. According to this, an evaluation system for evaluating a state of a three-dimensional test object is specified taking into account a predetermined evaluation task, the evaluation system comprising a, preferably deep, neural network, the evaluation system being designed in such a way that a training data set can be used which contains several state data points from one - comprises one or more three-dimensional training objects, the training data record comprising a known status evaluation for each of the status data points in relation to the predefined assessment task, the assessment system being further designed such that the neural network is adapted to the given assessment task can be parameterized in a training process using the training data set, and that after the adaptation to the predefined assessment task in an execution process for a predefined status data point of the test object, a Z. inventory assessment is predictable. Finally, the above object is achieved by the features of claim 18 relating to a computer program product.
In erfindungsgemäßer Weise ist zunächst erkannt worden, dass es von erheblichem Vorteil ist, wenn im Rahmen einer automatischen Beurteilung von Zuständen eines Prüfobjekts eine - meist im Vorfeld stattfindende - Definition bzw. Identifikation von anwendungsspezifischen Merkmalen und Regeln weitestgehend vermieden werden kann. Erfindungsgemäß ist weiterhin erkannt worden, dass durch Verwendung ei- nes neuronalen Netzes, insbesondere durch Verwendung eines tiefen neuronalen Netzes, eine Automatisierung herbeigeführt werden kann, die es erlaubt, dass - nach Durchführung eines Trainingsprozesses - ein Zustand des Prüfobjekts vollau- tomatisch beurteilbar bzw. bewertbar ist. Sobald das neuronale Netz auf eine spe- zielle vorgegebene Beurteilungsaufgabe angepasst bzw. trainiert worden ist, kann das neuronale Netz den Zustand vorgegebener Eingabedaten, nämlich den Zu- standsdatenpunkt des Prüfobjekts, auf Basis vorher - im Trainingsprozess anhand des Trainingsdatensatzes - eingelernter Zustände erkennen und bewerten. Dazu wird durch ein entsprechend trainiertes neuronales Netz die Zustandsbewertung für den Zustandsdatenpunkt des Prüfobjekts berechnet. In the manner according to the invention, it was first recognized that it is of considerable advantage if, as part of an automatic assessment of the states of a test object, a definition or identification of application-specific features and rules, which usually takes place in advance, can be largely avoided. According to the invention, it has also been recognized that by using a neural network, in particular by using a deep neural network, automation can be brought about which, after carrying out a training process, enables a state of the test object to be assessed fully automatically or is assessable. As soon as the neural network has been adapted or trained for a specific predefined assessment task, the neural network can recognize and evaluate the state of predefined input data, namely the state data point of the test object, on the basis of previously learned states in the training process on the basis of the training data set , For this purpose, the condition evaluation for the condition data point of the test object is calculated by a suitably trained neural network.
Die vorliegende Erfindung schlägt daher ein Verfahren vor, bei dem ein Zustand des dreidimensionalen Prüfobjekts unter Berücksichtigung einer vorgegebenen Beurtei- lungsaufgabe und unter Nutzung eines Bewertungssystems, das ein neuronales Netz umfasst, bewertet wird. Erfindungsgemäß wird zunächst ein Trainingsdaten- satz bereitgestellt und/oder verwendet, der mehrere Zustandsdatenpunkte von ei- nem oder mehreren dreidimensionalen Trainingsobjekten umfasst. Der Trainings- datensatz umfasst dabei in Bezug auf die vorgegebene Beurteilungsaufgabe für je den der Zustandsdatenpunkte eine bekannte Zustandsbewertung. Zur Anpassung des Bewertungssystems an die vorgegebene Beurteilungsaufgabe wird dann das neuronale Netz des Bewertungssystems unter Nutzung des Trainingsdatensatzes in einem Trainingsprozess parametrisiert. Mit dem auf die vorgegebene Beurtei- lungsaufgabe angepassten neuronalen Netz kann dann das angepasste bzw. trai nierte Bewertungssystem in einem Ausführungsprozess für einen vorgegebenen Zustandsdatenpunkt des Prüfobjekts eine Zustandsbewertung berechnen. Folglich ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine verbesserte Zustandsbe- wertung, insbesondere im Hinblick auf Effizienz und/oder Genauigkeit, ermöglicht. The present invention therefore proposes a method in which a state of the three-dimensional test object is assessed taking into account a predetermined assessment task and using an assessment system which comprises a neural network. According to the invention, a training data record is initially provided and / or used, which comprises several state data points from one or more three-dimensional training objects. The training data record includes a known status evaluation for each of the status data points in relation to the specified assessment task. To adapt the evaluation system to the specified assessment task, the neural network of the evaluation system is then parameterized using the training data set in a training process. With the neural network adapted to the predefined assessment task, the adapted or trained assessment system can then calculate an assessment of the condition for a given status data point of the test object in an execution process. Consequently, the method according to the invention enables improved condition assessment, in particular with regard to efficiency and / or accuracy.
Im Gegensatz zu Ansätzen aus dem Stand der Technik, die stark problemspezi- fisch, schwierig zu warten und nicht die Genauigkeit von menschlichen Experten erreichen, ermöglicht die Erfindung und/oder vorteilhafte Ausgestaltungen der Er- findung ein vollständig datengetriebenes Einlernen des Bewertungssystems, so dass das Bewertungssystem den Zustand eines dreidimensionalen Prüfobjekts be- werten bzw. beurteilen kann. Als Grundlage dafür dient ein Trainingsdatensatz, der eine problemspezifische Menge an Zuständen mit einer bekannten Zustandsbewer- tung zur Verfügung stellt. Mit diesen Informationen kann dann das Bewertungssys- tem auf die vorgegebene Beurteilungsaufgabe eingelernt werden, wobei ein gene- rischer - vorzugsweise auf einem tiefen neuronalen Netz basierender - Beurtei- lungsalgorithmus des Bewertungssystems mit den Trainingsdaten des Trainingsda- tensatzes trainiert wird. Im Gegensatz zu herkömmlichen, aus dem Stand der Tech- nik bekannten Ansätzen sind dafür keine a-priori ausgewählten Merkmale erforder- lich. In contrast to approaches from the prior art, which are highly problem-specific, difficult to maintain and do not achieve the accuracy of human experts, the invention and / or advantageous refinements of the invention enable a completely data-driven teaching-in of the evaluation system, so that the Evaluation system can evaluate or assess the state of a three-dimensional test object. The basis for this is a training data record which provides a problem-specific set of states with a known state evaluation. The information can then be used to teach the assessment system to the specified assessment task, whereby a generic assessment algorithm of the assessment system, which is preferably based on a deep neural network, is trained with the training data of the training data set. In contrast to conventional approaches known from the state of the art, no features selected a priori are required for this.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass die Ausdrücke„dreidimensionales Prüfobjekt“ und„dreidimensionales Trainingsobjekt“ - insbesondere im Rahmen der Ansprüche und vorzugsweise im Rahmen der Beschreibung - im weitesten Sinne als dreidimensionale, vorzugsweise gegenständliche, Objekte verstanden werden können, die je nach Konstruktion des Objekts und/oder aufgrund dem Objekt inne- wohnender Eigenschaften diverse Zustände einnehmen. Im Rahmen der Erfindung und/oder im Rahmen vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung können das Prüfobjekt bzw. die Trainingsobjekte in Form eines digitalen Zwillings oder in Form eines digitalen virtuellen Modells bereitgestellt, simuliert und/oder verwendet wer- den. Der digitale Zwilling kann durch Messungen und/oder durch Simulationen er- zeugt werden, nämlich indem ein digitales Abbild des dreidimensionalen Objekts erzeugt wird, wobei auf dem digitalen Abbild der Zustand als diskretisiertes Ten- sorfeld gegeben ist. Ferner können das dreidimensionale Prüfobjekt bzw. die drei- dimensionalen Trainingsobjekte als digitale virtuelle CAD-Modelle entworfen wer- den, auf denen der Zustand als diskretisiertes Tensorfeld gegeben ist. Des Weiteren sei angemerkt, dass der Ausdruck„Beurteilungsaufgabe“ - insbeson- dere im Rahmen der Ansprüche und vorzugsweise im Rahmen der Beschreibung - im weitesten Sinne zu verstehen ist, nämlich als mögliche Beurteilungen und/oder Einschätzungen von Zuständen, die in Bezug auf ein dreidimensionales Prüfobjekt bzw. in Bezug auf ein dreidimensionales Trainingsobjekt vorgenommen werden können. At this point it should be pointed out that the terms “three-dimensional test object” and “three-dimensional training object” - in particular within the scope of the claims and preferably within the description - can be understood in the broadest sense as three-dimensional, preferably objective, objects, which, depending on the construction of the object and / or assume various states due to the properties inherent in the object. In the context of the invention and / or in the context of advantageous embodiments of the invention, the test object or the training objects can be provided, simulated and / or used in the form of a digital twin or in the form of a digital virtual model. The digital twin can be generated by measurements and / or by simulations, namely by generating a digital image of the three-dimensional object, the state being given as a discretized tensor field on the digital image. Furthermore, the three-dimensional test object or the three-dimensional training objects can be designed as digital virtual CAD models on which the state is given as a discretized tensor field. Furthermore, it should be noted that the expression “assessment task” - in particular within the scope of the claims and preferably within the scope of the description - is to be understood in the broadest sense, namely as possible assessments and / or assessments of states that relate to a three-dimensional Test object or in relation to a three-dimensional training object can be made.
Hinsichtlich des Ausdrucks„Zustandsbewertung“ sei - insbesondere im Rahmen der Ansprüche und vorzugsweise im Rahmen der Beschreibung - darauf hingewie- sen, dass unter einer Zustandsbewertung, das Ergebnis der Beurteilungsaufgabe für einen vorgegebenen Zustandsdatenpunkt verstanden werden kann. With regard to the expression “condition assessment”, it should be pointed out - in particular within the scope of the claims and preferably within the description — that a condition assessment can be understood to mean the result of the assessment task for a given condition data point.
In Bezug auf den Ausdruck„Diskretisierung“ sei angemerkt, dass in der physikali schen Realität unter Berücksichtigung einer makroskopischen Betrachtung kontinu- ierliche Messwertverteilungen vorliegen können. Da bei der Erstellung eines digita len Zwillings bzw. eines digitalen virtuellen Modells nur endlich viele Werte im Com- puter/Rechner speicherbar sind, kann in vorteilhafter Weise daher eine diskrete Teil menge der potentiell unendlich vielen Messwerte gebildet werden (Diskretisierung). With regard to the expression “discretization”, it should be noted that in physical reality, taking into account a macroscopic view, there may be continuous distributions of measured values. Since only a finite number of values can be stored in the computer / computer when creating a digital twin or a digital virtual model, a discrete subset of the potentially infinite number of measured values can therefore advantageously be formed (discretization).
Im Hinblick auf ein„tiefes neuronales Netz“ sei - insbesondere im Rahmen der An- sprüche und vorzugsweise im Rahmen der Beschreibung - darauf hingewiesen, dass sich ein tiefes neuronales Netz - gegenüber einem herkömmlichen bzw. ein- fachen neuronalen Netz - durch eine größere Anzahl an Schichten auszeichnet. In vorteilhafter Weise kann ein tiefes neuronales Netz mindestens sechs Schichten umfassen. With regard to a “deep neural network”, it should be pointed out - in particular in the context of the claims and preferably in the context of the description - that a deep neural network - compared to a conventional or simple neural network - is distinguished by a larger number distinguished on layers. A deep neural network can advantageously comprise at least six layers.
Um ein tiefes neuronales Netz in geeigneter Weise trainieren zu können, können besondere mathematische Formulierungen bzw. Rechenvorschriften erforderlich sein. In vorteilhafter Weise kann daher als tiefes neuronales Netz ein Faltungsnetz- werk, das heißt ein„Convolutional Neural Network“ vorgesehen sein. Hinsichtlich weiterer Details zu Convolutional Neural Networks bzw. zum Funktionsprinzip von tiefen neuronalen Netzen sei auf die Nichtpatentliteratur„LeCun, Y, Bengio, Y, & Hinton, G. (2015): Deep learning. nature, 521(7553), 3£“verwiesen. In vorteilhafter Weise kann das Bewertungssystem als Softwaresystem auf einem leistungsfähigen Computer implementiert sein. Der Computer könnte in weiter vor- teilhafter Weise über hochparallele Recheneinheiten in Form von leistungsfähigen Grafikeinheiten verfügen. Das Bewertungssystem kann modular ausgebildet sein. Ein Datenmodul kann die Verwaltung und/oder Verwendung der Trainingsdaten er- möglichen. Über ein Trainingsmodul könnte das neuronale Netz parametrisiert wer- den und über ein Bewertungsmodul könnte schließlich das parametrisierte neuro- nale Netz zur automatischen Bewertung verwendet werden. Ferner können ver- schiedene Schnittstellenmodule den einfachen Zugang zu dem Bewertungssystem ermöglichen, beispielsweise über Web-basierte Protokolle. In order to be able to train a deep neural network in a suitable manner, special mathematical formulations or calculation rules may be required. A convolutional network, that is to say a “convolutional neural network”, can therefore advantageously be provided as the deep neural network. With regard to further details on convolutional neural networks and the functional principle of deep neural networks, reference is made to the non-patent literature “LeCun, Y, Bengio, Y, & Hinton, G. (2015): Deep learning. nature, 521 (7553), £ 3 ”. The evaluation system can advantageously be implemented as a software system on a powerful computer. In a further advantageous manner, the computer could have highly parallel computing units in the form of powerful graphics units. The evaluation system can be modular. A data module can enable the administration and / or use of the training data. The neural network could be parameterized via a training module and the parameterized neural network could finally be used for automatic assessment via an evaluation module. Furthermore, different interface modules can enable easy access to the evaluation system, for example via web-based protocols.
In vorteilhafter Weise kann das dreidimensionale Prüfobjekt ein Bauteil, ein mecha- nisches System, ein elektromechanisches System und/oder ein elektrochemisches System umfassen. Als System kann hier ein konstruiertes technisches System an- gesehen werden, das aus mehreren Bauteilen und Komponenten bestehen kann. Zum Beispiel Maschinen, Anlagen, Kraftfahrzeuge, etc. und/oder Teile davon. Somit können Zustände von unterschiedlichsten technischen Systemen auf effiziente Weise bewertet werden. The three-dimensional test object can advantageously comprise a component, a mechanical system, an electromechanical system and / or an electrochemical system. A constructed technical system can be regarded as a system here, which can consist of several parts and components. For example machines, plants, motor vehicles, etc. and / or parts thereof. This means that the states of a wide variety of technical systems can be evaluated efficiently.
In weiter vorteilhafter Weise können die Trainingsobjekte des Trainingsdatensatzes problemspezifisch derart ausgewählt werden, dass die vorgegebene Beurteilungs- aufgabe auf die Trainingsobjekte und auf das Prüfobjekt anwendbar ist. Somit ste- hen die Trainingsobjekte und das Prüfobjekt derart in Relation zueinander, dass die vorgegebene Beurteilungsaufgabe sowohl für die Trainingsobjekte als auch für das Prüfobjekt definiert ist. Folglich lässt sich mit dem entsprechend ausgewählten Trai- ningsdatensatz bzw. mit den Zustandsdatenpunkten und den dazugehörigen be- kannten Zustandsbewertungen das neuronale Netz des Bewertungssystems in ef- fektiver Weise auf die Beurteilungsaufgabe hintrainieren. Ein trainiertes/angepass- tes neuronales Netz ermöglicht die Berechnung einer Zustandsbewertung durch das Bewertungssystem auf Basis eines vorgegebenen Zustandsdatenpunkts des Prüfobjekts. In einer vorteilhaften Ausgestaltung können die Zustandsdatenpunkte der Trai- ningsobjekte und der Zustandsdatenpunkt des Prüfobjekts jeweils räumliche Zu- standsdaten umfassen. Bei den räumlichen Zustandsdaten kann es sich in vorteil- hafter Weise um Daten handeln, die den Zustand des Prüfobjekts bzw. des Trai- ningsobjekts beschreiben und definieren. Das heißt, die räumlichen Zustandsdaten repräsentieren den zu bewertenden Zustand des dreidimensionalen Objekts. Dabei können die räumlichen Zustandsdaten in Form eines räumlichen Zustandsfelds re- präsentiert werden, wobei die Zustandsdaten im dreidimensionalen Raum nach ei- nem vordefinierten Muster bzw. nach einer vordefinierten Anordnung verteilt sind. Demnach können die räumlichen Zustandsdaten mit Abtastpunkten einen dreidi mensionalen Abtastraum - gegebenenfalls um das Prüfobjekt bzw. um das Trai- ningsobjekt herum - aufspannen, wobei in Bezug auf das dreidimensionale Objekt (d.h. Prüfobjekt und/oder Trainingsobjekt) die Abtastpunkte in dem Abtastraum ge- mäß einer vordefinierten Anordnung verteilt sind. Die räumlichen Zustandsdaten geben die an den Abtastpunkten herrschenden Abtastwerte - zum Beispiel physi- kalische Messwerte und/oder auf Basis von Simulationswerten berechnete Abtast- werte - in Bezug auf das dreidimensionale Objekt an. Somit kann eine effiziente Verarbeitung der räumlichen Zustandsdaten durch das neuronale Netz des Bewer- tungssystems implementiert werden und ein vollständig datengetriebenes Einlernen des Bewertungssystems ist realisierbar. In a further advantageous manner, the training objects of the training data set can be selected problem-specifically in such a way that the predetermined assessment task can be applied to the training objects and to the test object. The training objects and the test object are thus related to one another in such a way that the specified assessment task is defined both for the training objects and for the test object. As a result, the neural network of the evaluation system can be effectively trained for the assessment task with the correspondingly selected training data set or with the status data points and the associated known status assessments. A trained / adapted neural network enables the calculation of a condition assessment by the assessment system based on a predetermined condition data point of the test object. In an advantageous embodiment, the state data points of the training objects and the state data point of the test object can each comprise spatial state data. The spatial status data can advantageously be data which describe and define the status of the test object or of the training object. This means that the spatial status data represent the status of the three-dimensional object to be assessed. The spatial status data can be represented in the form of a spatial status field, the status data being distributed in three-dimensional space according to a predefined pattern or according to a predefined arrangement. Accordingly, the spatial state data with scanning points can span a three-dimensional scanning space - possibly around the test object or around the training object, the scanning points in the scanning space being corresponding to the three-dimensional object (ie test object and / or training object) a predefined arrangement are distributed. The spatial state data indicate the sample values prevailing at the sample points - for example physical measured values and / or sample values calculated on the basis of simulation values - in relation to the three-dimensional object. Efficient processing of the spatial status data can thus be implemented by the neural network of the evaluation system, and completely data-driven teaching of the evaluation system can be implemented.
In vorteilhafter Weise können die von einem Zustandsdatenpunkt eines Trainings- objekts umfassten räumlichen Zustandsdaten einen Zustand des Trainingsobjekts definieren. Des Weiteren können die von dem Zustandsdatenpunkt des Prüfobjekts umfassten räumlichen Zustandsdaten einen Zustand des Prüfobjekts definieren. Somit kann mit vorliegenden bzw. bereitgestellten räumlichen Zustandsdaten ein Zustand des dreidimensionalen Objekts (d.h. Prüfobjekt und/oder Trainingsobjekt) festgelegt werden, den es - unter Berücksichtigung der vorgegebenen Beurtei- lungsaufgabe - zu bewerten bzw. zu bestimmen gilt. Zur Bereitstellung des Trai- ningsdatensatzes kann die zu den räumlichen Zustandsdaten eines Zustandsda- tenpunkts gehörende„bekannte“ Zustandsbewertung manuell durch einen erfahre- nen Experten ermittelt werden. Des Weiteren kann die im Vorfeld zu bestimmende bekannte Zustandsbewertung auch durch das Auswerten historischer Daten erfol- gen. Somit ist ein Trainingsdatensatz bereitstellbar, mit dem auf effizienten Weise das neuronale Netz des Bewertungssystems eingelernt werden kann. The spatial state data comprised by a state data point of a training object can advantageously define a state of the training object. Furthermore, the spatial state data included in the state data point of the test object can define a state of the test object. In this way, a state of the three-dimensional object (ie test object and / or training object) can be defined with available or provided spatial state data, which must be evaluated or determined taking into account the specified assessment task. In order to provide the training data record, the “known” condition assessment belonging to the spatial condition data of a condition data point can be determined manually by an experienced expert. Furthermore, the one to be determined in advance Known condition assessment also takes place by evaluating historical data. A training data record can thus be provided with which the neural network of the assessment system can be taught in in an efficient manner.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung können die räumlichen Zustandsdaten eines Zustandsdatenpunkts als diskretisiertes Skalar-, Vektor- und/oder Tensorfeld reprä- sentiert werden. Dabei kann ein Tensor einen Abtastwert - wie zum Beispiel einen Messwert und/oder einen auf Basis von Simulationswerten berechneten Abtastwert - an einem Abtastpunkt repräsentieren. Das Tensorfeld kann dann eine vorgebbare Anzahl räumlich verteilter, als Tensor repräsentierter Abtastwerte mit Bezug auf die jeweiligen Abtastpunkte umfassen. Ein Tensor kann dabei als die Verallgemeine- rung von Skalarwerten (Tensor 0. Stufe), Vektoren (Tensor 1. Stufe) oder Matrizen (Tensor 2. Stufe) angesehen werden. Somit ist eine besonders vorteilhafte Reprä- sentation der räumlichen Zustandsdaten realisierbar, die eine effiziente Verarbei- tung der räumlichen Zustandsdaten durch das neuronale Netz des Bewertungssys- tems ermöglicht. In an advantageous embodiment, the spatial status data of a status data point can be represented as a discretized scalar, vector and / or tensor field. A tensor can represent a sample value - such as a measured value and / or a sample value calculated on the basis of simulation values - at a sample point. The tensor field can then include a predeterminable number of spatially distributed samples represented as a tensor with reference to the respective sampling points. A tensor can be seen as the generalization of scalar values (tensor 0th level), vectors (tensor 1st level) or matrices (tensor 2nd level). A particularly advantageous representation of the spatial status data can thus be realized, which enables the spatial status data to be processed efficiently by the neural network of the evaluation system.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung können die räumlichen Zustandsdaten eines Zustandsdatenpunkts in die Form eines gleichmäßigen Gitters überführt werden. Bei dem Gitter kann es sich in vorteilhafter Weise um ein numerisches Gitter, ins- besondere um ein kartesisches Gitter, handeln. Somit ist eine effiziente Verarbei- tung von räumlichen Zustandsdaten durch das neuronale Netz des Bewertungssys- tems realisierbar. In an advantageous embodiment, the spatial status data of a status data point can be converted into the form of a uniform grid. The grid can advantageously be a numerical grid, in particular a Cartesian grid. This enables efficient processing of spatial status data by the neural network of the evaluation system.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung können die räumlichen Zustandsdaten eines Zustandsdatenpunkts als Tensor der Stufe N+3 repräsentiert werden, wobei N die Ordnung der Zustandsdaten pro Gitterpunkt ist. Mit dieser Repräsentationsform können die räumlichen Zustandsdaten in Form eines gleichmäßigen kartesischen Gitters besonders effizient mittels einem neuronalen Netz, vorzugsweise einem tie- fen neuronalen Netz, analysiert werden. Mit anderen Worten ist N hier die Ordnung des diskretisierten Tensorfelds der Eingabedaten für das neuronale Netz des Be- wertungssystems. Für ein Skalarfeld wie ein Temperaturfeld gilt dann beispiels- weise N=1. Für ein Spannungsfeld gilt N=2. Falls die Zustandsdaten zusätzlich zeit- lich aufgelöst sind, erhöht sich die Dimension zusätzlich um 1. In besonders vorteil- hafter Weise werden die räumlichen Zustandsdaten - zum Beispiel Mess- und/oder Simulationsdaten - eines Zustandsdatenpunktes in diese Darstellung überführt, so dass eine effiziente Verarbeitung durch das neuronale Netz des Bewertungssys- tems ermöglicht ist. In an advantageous embodiment, the spatial status data of a status data point can be represented as a tensor of level N + 3, where N is the order of the status data per grid point. With this form of representation, the spatial state data in the form of a uniform Cartesian grid can be analyzed particularly efficiently by means of a neural network, preferably a deep neural network. In other words, N here is the order of the discretized tensor field of the input data for the neural network of the evaluation system. For a scalar field like a temperature field wise N = 1. For a voltage field, N = 2 applies. If the status data is also resolved in time, the dimension increases by an additional 1. In a particularly advantageous manner, the spatial status data - for example measurement and / or simulation data - of a status data point is transferred to this representation, so that efficient processing is made possible by the neural network of the evaluation system.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung können die räumlichen Zustandsdaten eines Zustandsdatenpunkts eine physikalische Größe abbilden. Somit können die räumli- chen Zustandsdaten des Zustandsdatenpunkts einen physikalischen Zustand des Prüfobjekts bzw. eines Trainingsobjekts festlegen. Die räumlichen Zustandsdaten eines Zustandsdatenpunkts des Prüfobjekts können dann durch das Bewertungs- system analysiert werden, so dass auf Basis der zugrunde liegenden räumlichen Zustandsdaten für den Zustandsdatenpunkt die Zustandsbewertung berechnet/er- mittelt wird. In an advantageous embodiment, the spatial status data of a status data point can represent a physical quantity. The spatial status data of the status data point can thus define a physical status of the test object or of a training object. The spatial status data of a status data point of the test object can then be analyzed by the evaluation system, so that the status evaluation is calculated / ascertained on the basis of the underlying spatial status data for the status data point.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung können die räumlichen Zustandsdaten eines Zustandsdatenpunkts ein Temperaturfeld, ein Deformationsfeld, ein Geschwindig- keitsfeld, ein Spannungsfeld, ein Druckfeld, ein Verschiebungsfeld und/oder ein elektromagnetisches Feld umfassen. In vorteilhafter Weise liegt das jeweilige Zu- standsfeld dabei in diskretisierter Form vor. Somit können über die räumlichen Zu- standsdaten eines Zustandsdatenpunkts und unter Berücksichtigung der vorgege- benen Beurteilungsaufgabe vielfältigste Eigenschaften bzw. entsprechende Zu- stände eines zu untersuchenden dreidimensionalen Prüfobjekts effizient bewertet werden. In an advantageous embodiment, the spatial status data of a status data point can include a temperature field, a deformation field, a speed field, a voltage field, a pressure field, a displacement field and / or an electromagnetic field. The respective state field is advantageously present in a discretized form. A wide variety of properties or corresponding states of a three-dimensional test object to be examined can thus be efficiently evaluated using the spatial state data of a state data point and taking into account the specified assessment task.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung können die räumlichen Zustandsdaten eines Zustandsdatenpunkts einen Digitalisierungszustand des jeweiligen dreidimensiona- len Objekts abbilden. Vorzugsweise können die räumlichen Zustandsdaten eines Zustandsdatenpunkts die lokale Auflösung eines numerischen Gitters und/oder ein Qualitätsmerkmal eines numerischen Gitters umfassen. Beispielsweise könnte die Gleichseitigkeit von Dreiecken als Qualitätsmerkmal des numerischen Gitters be- rücksichtigt werden. Somit kann auf effiziente Weise ein Digitalisierungszustand ei- nes digitalisierten dreidimensionalen Prüfobjekts bewertet werden. In vorteilhafter Weise können die Zustandsdatenpunkte der Trainingsobjekte und der Zustandsdatenpunkt des Prüfobjekts neben den räumlichen Zustandsdaten mindestens einen Zusatzparameter umfassen. Somit können weitere Parameter, die - möglicherweise - Einfluss auf den Zustand des dreidimensionalen Objekts haben, bei der Bestimmung bzw. Berechnung der Zustandsbewertung für einen Zu- standsdatenpunkt berücksichtigt werden. Diese liefert genauere Ergebnisse. In an advantageous embodiment, the spatial status data of a status data point can represent a digitization status of the respective three-dimensional object. The spatial state data of a state data point can preferably include the local resolution of a numerical grid and / or a quality feature of a numerical grid. For example, the equilibrium of triangles could be considered as a quality feature of the numerical grid. A digitization state of a digitized three-dimensional test object can thus be evaluated in an efficient manner. The state data points of the training objects and the state data point of the test object can advantageously include at least one additional parameter in addition to the spatial state data. In this way, further parameters which - possibly - have an influence on the state of the three-dimensional object can be taken into account when determining or calculating the state evaluation for a state data point. This provides more precise results.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der Trainingsprozess einen Parameterop- timierungsschritt umfassen, wobei in dem Parameteroptimierungsschritt von dem Bewertungssystem für jeden Zustandsdatenpunkt des Trainingsdatensatzes eine Zustandsbewertung berechnet wird. Dabei kann die zu dem jeweiligen Zustandsda- tenpunkt gehörende bekannte Zustandsbewertung des Trainingsdatensatzes mit der berechneten Zustandsbewertung verglichen werden, so dass in Abhängigkeit des Vergleichs Netzparameter des neuronalen Netzes angepasst werden. Die Netz- parameter sind die Gewichte des neuronalen Netzes des Bewertungssystems, die für die Berechnungen des neuronalen Netzes erforderlich sind. Über die Änderung bzw. Anpassung der Netzparameter bzw. der Gewichte des neuronalen Netzes kann der generische Beurteilungsalgorithmus des Bewertungssystems auf die vor- gegebene Beurteilungsaufgabe hin angepasst und trainiert werden. Somit kann eine effiziente Berechnung der Zustandsbewertung für einen Zustandsdatenpunkt des Prüfobjekts ermöglicht werden. In an advantageous embodiment, the training process can include a parameter optimization step, with a status evaluation being calculated by the evaluation system for each state data point of the training data set in the parameter optimization step. The known status evaluation of the training data record belonging to the respective status data point can be compared with the calculated status evaluation, so that network parameters of the neural network are adapted as a function of the comparison. The network parameters are the weights of the neural network of the evaluation system, which are required for the calculations of the neural network. By changing or adapting the network parameters or the weights of the neural network, the generic evaluation algorithm of the evaluation system can be adapted and trained for the specified evaluation task. This enables an efficient calculation of the condition evaluation for a condition data point of the test object.
In vorteilhafter Weise kann der Parameteroptimierungsschritt, gegebenenfalls mit unterschiedlichen Trainingsdatensätzen, mehrfach durchgeführt werden. Somit kann eine präzisere Bewertung eines Zustands eines Prüfobjekts realisiert werden. The parameter optimization step can advantageously be carried out several times, possibly with different training data sets. A more precise evaluation of a state of a test object can thus be realized.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung können in dem Trainingsprozess durch Rück- propagierung anwendungsspezifische Netzparameter des neuronalen Netzes des Bewertungssystems bestimmt werden, wobei für die Rückpropagierung der Trai- ningsdatensatz und initiale Netzparameter (d.h. initiale Gewichte) des neuronalen Netzes als Eingabedaten herangezogen werden. Als initiale Netzparameter/Ge- wichte können hier Netzparameter verstanden werden, die vor einem ersten Trai- ningsprozess mit Anfangswerten versehen sind. Somit kann eine effiziente Berech- nung der Zustandsbewertung für einen Zustandsdatenpunkt des Prüfobjekts ermög- licht werden In an advantageous embodiment, application-specific network parameters of the neural network of the evaluation system can be determined in the training process by back propagation, the training data set and initial network parameters (ie initial weights) of the neural network being used as input data for back propagation. The initial network parameters / weights can be understood here as network parameters that are used before a first trai- initial process. Thus, an efficient calculation of the condition evaluation for a condition data point of the test object can be made possible
In vorteilhafter Weise kann das neuronale Netz des Bewertungssystems derart kon- figuriert sein, dass die räumlichen Zustandsdaten und der mindestens eine Zusatz- parameter getrennt voneinander in mehreren Faltungsschichten verarbeitet werden, bevor die jeweils berechneten Zwischenergebnisse wieder zusammengeführt wer- den und durch weitere Schichten des neuronalen Netzes verarbeitet werden. Somit ist eine besonders effiziente Verarbeitung der Eingabedaten durch das Bewertungs- system implementiert, wobei eine effiziente und präzise Berechnung der Zustands- bewertung für einen Zustandsdatenpunkt ermöglicht ist. The neural network of the evaluation system can advantageously be configured in such a way that the spatial state data and the at least one additional parameter are processed separately from one another in a plurality of folding layers before the respectively calculated intermediate results are brought together again and by further layers of the neural Network are processed. A particularly efficient processing of the input data is thus implemented by the evaluation system, whereby an efficient and precise calculation of the state evaluation for a state data point is made possible.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung können den Zustand eines dreidi mensionalen Prüfobjekts - wie beispielsweise ein mechanisches System - auf Ba- sis von räumlichen Zustandsdaten, insbesondere auf Basis von räumlichen Ten- sorfeldern, bewerten bzw. beurteilen. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung können dabei nach Art und Herkunft der zugrunde liegenden Zustandsdaten imple- mentiert und kategorisiert werden: Advantageous embodiments of the invention can evaluate or assess the condition of a three-dimensional test object - such as a mechanical system - on the basis of spatial condition data, in particular on the basis of spatial tensor fields. Advantageous embodiments of the invention can be implemented and categorized according to the type and origin of the underlying status data:
- Räumliche Zustandsdaten basierend auf physikalischen Messdaten eines dreidimensionalen Prüfobjekts: Mittels verschiedener Messverfahren wie zum Beispiel mittels Ultraschall, Tiefenbildkameras, Mehrkamerasystemen und/oder Sensorarrays können räumliche Zustandsdaten von mechanischen Bauteilen und/oder technischen Systemen als Prüfobjekte aufgenommen werden. Zum Beispiel sind hier Temperatur- und/oder Deformationsfelder als Grundlage für räumliche Zustandsdaten denkbar. - Spatial status data based on physical measurement data of a three-dimensional test object: Using various measurement methods such as ultrasound, depth cameras, multi-camera systems and / or sensor arrays, spatial status data of mechanical components and / or technical systems can be recorded as test objects. For example, temperature and / or deformation fields are conceivable as a basis for spatial state data.
- Räumliche Zustandsdaten basierend auf numerischen Simulationsdaten eines Prüfobjekts: Durch numerische Simulationsverfahren können physikali sche Zustände eines Prüfobjekts simuliert und in hoher Auflösung zur Verfü- gung gestellt werden. Mit diesem Ansatz können verschiedenste Zustände untersucht werden. Zum Beispiel sind hier, unter anderem, Spannungs-, Ver- schiebungs- und/oder Druckfelder als Grundlage für räumliche Zustandsda- ten denkbar. - Spatial state data based on numerical simulation data of a test object: Physical states of a test object can be simulated using numerical simulation methods and made available in high resolution. With this approach, a wide variety of states can to be examined. For example, here, among other things, voltage, displacement and / or pressure fields are conceivable as the basis for spatial status data.
- Räumliche Zustandsdaten basierend auf einer Digitalisierung eines dreidimensionalen Prüfobjekts: Bei der Digitalisierung eines Prüfobjekts (beispiels- weise ein mechanisches Bauteil oder System) und/oder bei physikalischen Messdaten in Bezug auf das Prüfobjekt können unter Umständen Fehler auf- treten. Die Beurteilung des Digitalisierungszustandes ist daher wesentlich, um diese Fehler abzuschätzen. Zum Beispiel sind hier die lokale Auflösung und/oder ein Qualitätsmerkmal des numerischen Gitters als Grundlage für räumliche Zustandsdaten denkbar. - Spatial status data based on the digitization of a three-dimensional test object: When digitizing a test object (for example a mechanical component or system) and / or with physical measurement data in relation to the test object, errors can occur under certain circumstances. The assessment of the digitization status is therefore essential in order to estimate these errors. For example, the local resolution and / or a quality feature of the numerical grid are conceivable as the basis for spatial state data.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung können zumindest einen der folgen- den Vorteile aufweisen: Advantageous embodiments of the invention can have at least one of the following advantages:
- Verbesserung der Leistungsfähigkeit: Insbesondere während der Produkt- entwicklung dient die Beurteilung bzw. Bewertung von physikalischen Zu- ständen von Prüfobjekten, wie beispielsweise mechanische Systeme, primär der Erhöhung der Leistungsfähigkeit des Prüfobjekts. Dabei kann beispiels- weise die Gewichtsreduktion, die Reduktion von Geräuschemissionen, die Erhöhung der Energieeffizienz, die Reduktion des Luftwiderstandes und/oder die Erhöhung der Stabilität bei Unfällen berücksichtigt und verbessert wer- den. - Improving performance: In particular during product development, the assessment or assessment of the physical status of test objects, such as mechanical systems, primarily serves to increase the performance of the test object. For example, the reduction in weight, the reduction of noise emissions, the increase in energy efficiency, the reduction in air resistance and / or the increase in stability in the event of accidents can be taken into account and improved.
- Verbesserung der Lebensdauer: Während der Produktentwicklung kann die erwartete Lebensdauer vor allem mit Simulationsstudien abgeschätzt wer- den, beispielsweise zur Kraft- oder Wärmeverteilung. Während des Einsat- zes eines Prüfobjekts bzw. eines mechanischen Systems können zusätzlich Messergebnisse zu diesem Zweck herangezogen werden. - Improvement of the lifespan: During the product development, the expected lifespan can be estimated above all with simulation studies, for example for the distribution of power or heat. During the use of a test object or a mechanical system, additional measurement results can be used for this purpose.
- Erhöhung der Sicherheit: Eine Analyse des Prüfobjekts bzw. des technischen Systems, beispielsweise durch Ultraschall- oder Tiefenkameras, ermöglicht die Generierung von räumlichen Zustandsdaten, zum Beispiel in Form von Tensorfeldern. Die automatische Beurteilung und Bewertung dieser Zu standsdaten ermöglicht die automatische Überwachung der Betriebssicher- heit des Prüfobjekts bzw. des Systems. Eine automatische Beurteilung/Be- wertung von Digitalisierungszuständen des Prüfobjekts ist außerdem zur Überwachung des Simulationsprozesses während der Produktentwicklung hilfreich. - Increased security: An analysis of the test object or the technical system, for example using ultrasound or depth cameras, enables the generation of spatial status data, for example in the form of Tensor fields. The automatic assessment and evaluation of this status data enables the operational safety of the test object or the system to be monitored automatically. An automatic assessment / evaluation of digitization states of the test object is also helpful for monitoring the simulation process during product development.
Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die dem Anspruch 1 nachgeordneten Ansprüche und andererseits auf die nachfolgende Erläuterung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeich- nung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung der bevorzugten Ausfüh- rungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeich- nung zeigen There are now various possibilities for advantageously designing and developing the teaching of the present invention. For this purpose, reference is made on the one hand to the claims subordinate to claim 1 and on the other hand to the following explanation of preferred exemplary embodiments of the invention with reference to the drawing. In connection with the explanation of the preferred exemplary embodiments of the invention with reference to the drawing, generally preferred configurations and developments of the teaching are also explained. Show in the drawing
Fig. 1 in einer schematischen Ansicht eine Veranschaulichung einer manu- ellen Beurteilung eines mechanischen Systems durch einen Experten, 1 is a schematic view of an illustration of a manual assessment of a mechanical system by an expert,
Fig. 2 in einer schematischen Ansicht eine Veranschaulichung einer automa- tische Beurteilung des Zustandes eines mechanischen Systems, wo bei durch die Definition von anwendungsspezifischen Merkmalen eine regelbasierte Automatisierung möglich wird, 2 shows a schematic view of an automatic assessment of the state of a mechanical system, where rule-based automation is possible by defining application-specific features,
Fig. 3 in einer schematischen Ansicht eine Veranschaulichung einer automa- tische Beurteilung des Zustands eines mechanischen Systems an- hand einfacher maschineller Lernverfahren, wobei die maschinellen Lernverfahren die Definition anwendungsspezifischer Merkmale zur Beurteilung von Systemzuständen benötigen, 3 shows in a schematic view an illustration of an automatic assessment of the state of a mechanical system using simple machine learning methods, the machine learning methods requiring the definition of application-specific features for assessing system states,
Fig. 4 in einer schematischen Ansicht eine Veranschaulichung eines Verfah- rens zum Bewerten eines Zustands eines dreidimensionalen Prüfob- jekts gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei eine au- tomatische Beurteilung des Zustands des Prüfobjekts erfolgt, Fig. 5 in einer schematischen Ansicht eine Veranschaulichung eines Trai- ningsprozesses gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, wo- bei das neuronale Netz durch ein Training für eine vorgegebene Beur- teilungsaufgabe bzw. für eine bestimmte Anwendung angepasst wird, 4 shows a schematic view of a method for evaluating a state of a three-dimensional test object according to an exemplary embodiment of the invention, the state of the test object being automatically assessed, 5 shows in a schematic view an illustration of a training process according to an embodiment of the invention, the neural network being adapted by training for a predetermined assessment task or for a specific application,
Fig. 6 in einer schematischen Ansicht eine Veranschaulichung eines Trai- ningsprozesses zur Anpassung eines neuronalen Netzes eines Be- wertungssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, 6 shows a schematic view of a training process for adapting a neural network of an evaluation system according to an exemplary embodiment of the invention,
Fig. 7 in einer schematischen Ansicht eine Netzarchitektur eines tiefen neu- ronalen Netzes für ein Bewertungssystem gemäß einem Ausführungs- beispiel der Erfindung, wobei das tiefe neuronale Netz als Convolutio- nal Neural Network ausgebildet ist, 7 shows a schematic view of a network architecture of a deep neural network for a rating system according to an exemplary embodiment of the invention, the deep neural network being designed as a convolutional neural network,
Fig. 8 in einer schematischen Ansicht eine Veranschaulichung eines Verfah- rens zum Bewerten eines Zustands eines dreidimensionalen Prüfob- jekts gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei eine au- tomatische Beurteilung des Zustands des Prüfobjekts erfolgt, 8 shows a schematic view of a method for evaluating a state of a three-dimensional test object according to an exemplary embodiment of the invention, the state of the test object being automatically assessed,
Fig. 9 in einer schematischen Ansicht eine Veranschaulichung eines Tem- peraturfelds als räumliche Zustandsdaten eines Akkumulatorpacks für ein Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, 9 is a schematic view of an illustration of a temperature field as spatial state data of an accumulator pack for a method according to an embodiment of the invention,
Fig. 10 in einer schematischen Ansicht eine Veranschaulichung eines durch numerische Simulation errechneten Spannungsfelds eines Winkels für ein Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, 10 is a schematic view of an illustration of a voltage field of an angle calculated by numerical simulation for a method according to an embodiment of the invention,
Fig. 11 in einer schematischen Ansicht eine Darstellung des Winkels gemäß 11 shows a schematic view of the angle according to FIG
Fig. 10, jedoch ohne das polygonale Gitter und mit dargestellten Ab- tastpunkten auf der Winkelgeometrie, und  10, but without the polygonal grid and with the sampling points shown on the angular geometry, and
Fig. 12 in einer schematischen Ansicht eine Veranschaulichung eines Verfah- rens zum Bewerten eines Zustands eines mechanischen Systems als dreidimensionales Prüfobjekt gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. 12 shows a schematic view of an illustration of a method for evaluating a state of a mechanical system as three-dimensional test object according to an embodiment of the invention.
Fig. 1 zeigt in einer schematischen Ansicht eine Veranschaulichung einer manuel- len Beurteilung durch einen menschlichen Experten als typisches Vorgehen zur Be- wertung eines mechanischen Systems. Der Systemzustand wird durch ein Ten- sorfeld vorgegeben, das typischerweise durch ein geeignetes computerbasiertes Visualisierungsprogramm dem Experten visualisiert wird. Dabei fließen auch zu- sätzliche Informationen über das zu analysierende mechanische System mit ein, so dass der Experte den Systemzustand schließlich anhand der ihm visualisierten In- formationen und Daten mit Hilfe seiner subjektiven Erfahrung zu beurteilen bzw. zu bewerten hat. 1 shows in a schematic view an illustration of a manual assessment by a human expert as a typical procedure for evaluating a mechanical system. The system state is specified by a tensor field, which is typically visualized to the expert by a suitable computer-based visualization program. Additional information about the mechanical system to be analyzed is also included, so that the expert ultimately has to assess or assess the system status based on the information and data visualized using his subjective experience.
Fig. 2 zeigt in einer schematischen Ansicht eine Veranschaulichung einer automa- tische Beurteilung des Systemzustandes eines mechanischen Systems, wobei - im Unterschied zu dem Vorgehen gemäß Fig. 1 - durch die Definition von anwen- dungsspezifischen Merkmalen eine regelbasierte Automatisierung möglich wird. FIG. 2 shows in a schematic view an illustration of an automatic assessment of the system status of a mechanical system, wherein - in contrast to the procedure according to FIG. 1 - rule-based automation is possible by the definition of application-specific features.
Fig. 3 zeigt in einer schematischen Ansicht eine Veranschaulichung einer automa- tische Beurteilung des Systemzustands eines mechanischen Systems, wobei - in Ergänzung zu dem Vorgehen gemäß Fig. 2 - einfache maschinelle Lernverfahren eingesetzt werden. Die maschinellen Lernverfahren benötigen die Definition anwen- dungsspezifischer Merkmale zur Beurteilung des Systemzustands des mechani- schen Systems. FIG. 3 shows in a schematic view an illustration of an automatic assessment of the system status of a mechanical system, simple machine learning methods being used in addition to the procedure according to FIG. 2. The machine learning processes require the definition of application-specific features to assess the system status of the mechanical system.
Fig. 4 zeigt in einer schematischen Ansicht eine Veranschaulichung eines Verfah- rens zum Bewerten eines Zustands eines dreidimensionalen Prüfobjekts gemäß ei- nem Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei eine automatische Beurteilung des Zustands des Prüfobjekts erfolgt. Bei dem in Fig. 4 illustrierten Ausführungsbeispiel handelt es sich um ein Verfahren auf Basis eines tiefen neuronalen Netzes, das zur automatischen Beurteilung von Zuständen technischer Systeme und/oder Bauteile verwendet werden kann. Systemzustände des Prüfobjekts können automatisch be- urteilt werden. Der zu beurteilende Zustand des zu untersuchenden dreidimensio- nalen Prüfobjekts wird durch räumliche Zustandsdaten in Form eines Tensorfelds vorgegeben. Des Weiteren können ein oder mehrere Zusatzparameter als zusätzli- che Informationen vorgesehen sein. Das Tensorfeld und die gegebenenfalls vorge- sehenen Zusatzparameter werden durch das eintrainierte bzw. angepasste tiefe neuronale Netz analysiert, so dass eine automatische Bewertung des Zustands des Prüfobjekts erfolgt. 4 shows in a schematic view an illustration of a method for evaluating a state of a three-dimensional test object according to an exemplary embodiment of the invention, the state of the test object being assessed automatically. The exemplary embodiment illustrated in FIG. 4 is a method based on a deep neural network, which can be used for the automatic assessment of states of technical systems and / or components. System states of the test object can be automatically be judged. The condition to be assessed of the three-dimensional test object to be examined is specified by spatial condition data in the form of a tensor field. Furthermore, one or more additional parameters can be provided as additional information. The tensor field and any additional parameters that may be provided are analyzed by the trained or adapted deep neural network, so that the status of the test object is evaluated automatically.
Dabei kann das Verfahren gemäß dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel Folgendes umfassen: The method according to the exemplary embodiment shown in FIG. 4 can include the following:
- Bereitstellungsphase: Generierung bzw. Zusammenstellung eines anwen- dungsspezifischen Trainingsdatensatzes; - Deployment phase: generation or compilation of an application-specific training data record;
- Trainingsprozess: Training des neuronalen Netzes zur Bestimmung der an- wendungsspezifischen Netzparameter (Gewichte des neuronalen Netzes); - Training process: Training of the neural network to determine the application-specific network parameters (weights of the neural network);
- Ausführungsprozess: Automatische Erkennung und Zuweisung der vorher eingelernten Zustände (Schätzung) durch Berechnung der Zustandsbewer- tung zu einem vorgegebenen Zustandsdatenpunkt; - Execution process: automatic recognition and assignment of the previously learned states (estimation) by calculating the state evaluation for a predefined state data point;
In einer ersten Phase wird ein anwendungsspezifischer Trainingsdatensatz mit mehreren Zustandsdatenpunkten erstellt. Jeder Zustandsdatenpunkt (Sample, T rai- ningsbeispiel) des Trainingsdatensatzes umfasst räumliche Zustandsdaten, die ein Trainingsbeispiel abbilden. Ferner kann jeder Zustandsdatenpunkt einen oder meh- rere Zusatzparameter umfassen. Schließlich umfasst der Trainingsdatensatz für je- den der Zustandsdatenpunkte eine bekannte Zustandsbewertung. In an initial phase, an application-specific training data set with several status data points is created. Each state data point (sample, training example) of the training data record comprises spatial state data which represent a training example. Furthermore, each status data point can include one or more additional parameters. Finally, the training data record includes a known status evaluation for each of the status data points.
Die räumlichen Zustandsdaten liefern im Rahmen eines Trainingsbeispiels die Grundlage zur Beschreibung bzw. zur Definition eines Zustands eines dreidimensi- onalen Trainingsobjekts. Die Zusatzparameter sind optionale Zusatzinformationen, die ebenfalls Einfluss auf den Zustand des Trainingsobjekts haben können. Die räumlichen Zustandsdaten gegebenenfalls zusammen mit einem oder mehreren Zustandsparametern bilden somit die Basis für den Zustand des jeweiligen Zu- standsdatenpunkts. Die bekannte Zustandsbewertung ergibt sich damit in Abhän- gigkeit der räumlichen Zustandsdaten und - sofern vorhanden - in Abhängigkeit der optionalen Zusatzparameter. Die Ermittlung dieser bekannten Zustandsbewertung der Trainingsbeispiele bzw. des Trainingsdatensatzes kann manuell durch erfah- rene menschliche Experten erfolgen. Idealerweise liegen Trainingsbeispiele inklu- sive solcher manuellen (bekannten) Zustandsbewertungen für ein Problem bzw. für einen Anwendungsfall bereits vor, da in der Vergangenheit bereits entsprechende Bewertungen manuell erfolgt sind. In the context of a training example, the spatial status data provide the basis for describing or defining a status of a three-dimensional training object. The additional parameters are optional additional information that can also influence the state of the training object. The spatial status data, if appropriate, together with one or more State parameters thus form the basis for the state of the respective state data point. The well-known condition assessment is based on the spatial condition data and - if available - the optional additional parameters. This known status evaluation of the training examples or the training data set can be determined manually by experienced human experts. Ideally, training examples including such manual (known) status assessments for a problem or for an application are already available, since appropriate assessments have already been carried out manually in the past.
Fig. 5 zeigt in einer schematischen Ansicht eine Veranschaulichung eines Trai- ningsprozesses gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei das neu- ronale Netz durch ein Training für eine vorgegebene Beurteilungsaufgabe bzw. für eine bestimmte Anwendung im Hinblick auf ein dreidimensionales Prüfobjekt ange- passt wird. Nach dem Trainingsprozess kann das neuronale Netz vollautomatisch Systemzustände des Prüfobjekts bewerten bzw. beurteilen. 5 shows in a schematic view an illustration of a training process according to an exemplary embodiment of the invention, the neural network being adapted by means of training for a predetermined assessment task or for a specific application with regard to a three-dimensional test object. After the training process, the neural network can automatically assess or assess the system states of the test object.
In der Trainingsphase werden zunächst die Netzparameter, d.h. die Gewichte, eines neuronalen Netzes auf Basis von einem Trainingsdatensatz, der anwendungsspe- zifischen Trainingsdaten umfasst, angepasst. Somit wird das neuronale Netz durch das Training für eine bestimmte Anwendung, unter Berücksichtigung einer vorge- gebenen Beurteilungsaufgabe, angepasst bzw. parametrisiert. In the training phase, the network parameters, i.e. the weights of a neural network are adjusted on the basis of a training data set that includes application-specific training data. The neural network is thus adapted or parameterized by the training for a specific application, taking into account a specified assessment task.
Der Trainingsprozess kann bei Bedarf nacheinander, aufbauend auf den trainierten Gewichten eines vorangegangenen Trainingsprozesses, mit verschiedenen Trai- ningsdaten ausgeführt werden, so dass dadurch ein Nachtraining realisierbar ist. If necessary, the training process can be carried out with different training data, based on the trained weights of a previous training process, so that subsequent training can be carried out.
Sobald das neuronale Netz auf die vorgegebene Beurteilungsaufgabe angepasst bzw. trainiert worden ist, kann es in einem Ausführungsprozess den Zustand eines Prüfobjekts auf Basis vorgegebener bzw. bereitgestellter Eingabedaten - räumliche Zustandsdaten ggf. mit einem oder mehreren Zusatzparametern - und auf Basis vorher in der T rainingsphase eingelernter Zustände erkennen und bewerten. Ergeb- nis dieser Zustandsbewertung kann beispielsweise ein numerischer Wert (Regres- sion) oder die Zuweisung zu einer vordefinierten Klasse (Klassifikation) sein. Fig. 6 zeigt in einer schematischen Ansicht eine Veranschaulichung eines Trai- ningsprozesses zur Anpassung eines neuronalen Netzes eines Bewertungssys- tems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. As soon as the neural network has been adapted or trained for the specified assessment task, it can determine the status of a test object in an execution process on the basis of specified or provided input data - spatial status data, if necessary with one or more additional parameters - and on the basis beforehand in the training phase Recognize and evaluate learned states. The result of this condition assessment can be, for example, a numerical value (regression) or the assignment to a predefined class (classification). 6 shows in a schematic view an illustration of a training process for adapting a neural network of an evaluation system according to an exemplary embodiment of the invention.
Das Bewertungssystem umfasst eine Komponente zur Umwandlung der - zu den Eingabedaten gehörenden - räumlichen Zustandsdaten in ein Datenformat auf Ba- sis gleichmäßiger Gitter, welches mit neuronalen Netzen effizient und gut zu verar- beiten ist. The evaluation system comprises a component for converting the spatial state data, which belongs to the input data, into a data format based on a uniform grid, which can be processed efficiently and easily with neural networks.
Als weitere Komponente umfasst das Bewertungssystem eine modulare Netzarchi- tektur auf Basis eines Convolutional Neural Networks (ConvNet), welches eine effi- ziente Zustandsbeurteilung erlaubt und dabei optional die Verarbeitung von einem oder mehreren Zusatzparametern als zusätzlichen Informationen zulässt. Ferner er- möglicht die modulare Netzarchitektur des Bewertungssystems ein Nachtrainieren des neuronalen Netzes. Hinsichtlich weiterer Details zu Convolutional Neural Net- works bzw. zum Funktionsprinzip von tiefen neuronalen Netzen sei auf die Nichtpa- tentliteratur„LeCun, Y, Bengio, Y, & Hinton, G. (2015): Deep tearning. nature, verwiesen. As a further component, the evaluation system comprises a modular network architecture based on a convolutional neural network (ConvNet), which allows an efficient status assessment and optionally allows the processing of one or more additional parameters as additional information. Furthermore, the modular network architecture of the evaluation system enables the neural network to be retrained. With regard to further details on convolutional neural networks and the functional principle of deep neural networks, reference is made to the non-patent literature “LeCun, Y, Bengio, Y, & Hinton, G. (2015): Deep tearning. nature, directed.
Das Bewertungssystem der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform ist derart aus- gebildet, dass ein Trainingsprozess und ein Ausführungsprozess durchführbar sind, so dass unter Nutzung der neuronalen Netzarchitektur des Bewertungssystems das Bewerten des Zustands des Prüfobjekts möglich ist. In dem Ausführungsprozess wird die Zustandsbewertung für einen Zustandsdatenpunkt des Prüfobjekts durch das auf die vorgegebene Beurteilungsaufgabe eintrainierte Bewertungssystem be- rechnet. The evaluation system of the embodiment shown in FIG. 6 is designed in such a way that a training process and an execution process can be carried out, so that it is possible to evaluate the state of the test object using the neural network architecture of the evaluation system. In the execution process, the condition assessment for a condition data point of the test object is calculated by the assessment system trained for the specified assessment task.
Fig. 6 zeigt schematisch den Aufbau des Trainingsprozesses. Als Eingabe dienen Trainingsbeispiele, die in Form des Trainingsdatensatzes bereitgestellt werden. Je nach Anwendung können dafür typischerweise eine Vielzahl von Trainingsbeispie- len erforderlich sein. Dies können zum Beispiel mehrere hunderttausend Trainings- beispiele sein. Für jedes Trainingsbeispiel werden im Rahmen des Trainingsprozes- ses folgende Eingaben verwendet: - Räumliche Zustandsdaten 6 schematically shows the structure of the training process. Training examples, which are provided in the form of the training data record, serve as input. Depending on the application, a large number of training examples may typically be required. For example, this could be several hundred thousand training examples. The following entries are used for each training example in the course of the training process: - Spatial condition data
- Ein oder mehrere Zusatzparameter (optional)  - One or more additional parameters (optional)
- Initiale Netzparameter für das neuronale Netz  - Initial network parameters for the neural network
- Bekannte Zustandsbewertung für das T rainingsbeispiel  - Known condition assessment for the raining example
Die Ausgabe bzw. das Ergebnis des Trainingsprozesses sind die aktualisierten, an- wendungsspezifischen Netzparameter, so dass das neuronale Netz bzw. das Be- wertungssystem unter Berücksichtigung der vorgegebenen Beurteilungsaufgabe auf ein etwaiges Prüfobjekt angepasst ist. The output or the result of the training process are the updated, application-specific network parameters, so that the neural network or the evaluation system is adapted to any test object, taking into account the specified assessment task.
Im Rahmen der Datenaufbereitung werden die räumlichen Zustandsdaten in eine für neuronale Netze gut und effektiv zu verarbeitende Form konvertiert. Hierzu bietet sich beispielsweise die Konvertierung der räumlichen Zustandsdaten in ein Ten- sorfeld auf einem kartesischen Gitter an. Vor dem ersten Training, das heißt vor dem Trainingsprozess, können die Netzparameter (Gewichte) des neuronalen Net- zes auf Basis einer Initialisierungsfunktion initialisiert werden. As part of the data processing, the spatial state data are converted into a form that can be processed effectively and effectively for neural networks. For this purpose, for example, the conversion of the spatial state data into a tensor field on a Cartesian grid lends itself. Before the first training, ie before the training process, the network parameters (weights) of the neural network can be initialized on the basis of an initialization function.
Die Berechnungen bzw.„Schätzungen“ des neuronalen Netzes werden dann mit gegebenen Expertenbeurteilungen, nämlich den bekannten Zustandsbewertungen, verglichen und es erfolgt eine Fehlerberechnung. Anschließend wird eine Parame- teroptimierung durchgeführt. Dieser Parameteroptimierungsschritt kann in geeigne- ter Weise so oft durchgeführt, bis eine Abbruchbedingung erfüllt ist. Als Abbruchbe- dingung ist beispielsweise das Unterschreiten einer vorgegebenen Fehlergrenze o- der das Erreichen einer vorgegebenen - ggf. maximalen - Anzahl von Optimie- rungsschritte denkbar. The calculations or “estimates” of the neural network are then compared with given expert assessments, namely the known status assessments, and an error calculation is carried out. A parameter optimization is then carried out. In a suitable manner, this parameter optimization step can be carried out until a termination condition is fulfilled. As a termination condition, for example, falling below a predetermined error limit or reaching a predetermined — possibly maximum — number of optimization steps is conceivable.
Im Rahmen der Datenaufbereitung werden die räumlichen Zustandsdaten derart aufbereitet, dass sie in Form eines gleichmäßigen, vorzugweise eines kartesischen, Gitters repräsentiert werden. Somit können die räumlichen Zustandsdaten mittels tiefer neuronaler Netze effektiv analysiert werden. As part of the data preparation, the spatial state data are processed in such a way that they are represented in the form of a uniform, preferably a Cartesian, grid. The spatial state data can thus be effectively analyzed using deep neural networks.
Diese Repräsentationsform kann als Tensor der Stufe N+3 interpretiert werden, wo- bei N die Ordnung des Tensorfeldes der Eingabedaten ist (für ein Skalarfeld wie ein Temperaturfeld gilt dann zum Beispiel N=1 , für ein Spannungsfeld gilt N=2, falls die Daten zusätzlich zeitlich aufgelöst sind, erhöht sich die Dimension um 1). In einer vorteilhaften Anwendung sind die Eingabedaten, beispielsweise Mess- oder Simu- lationsdaten, erst in diese Darstellung zu überführen. This form of representation can be interpreted as a tensor of level N + 3, where N is the order of the tensor field of the input data (for a scalar field like a Temperature field then applies, for example, N = 1, for a voltage field N = 2, if the data is also temporally resolved, the dimension increases by 1). In an advantageous application, the input data, for example measurement or simulation data, are first to be converted into this representation.
Räumliche Zustandsdaten, welche aus Messergebnissen gewonnen werden, wer- den üblicherweise auf Basis von Punktwolken repräsentiert. Um ein solches Ten- sorfeld in ein gleichmäßiges Gitter zu überführen, kann beispielsweise die Zusam- menfassung der in einer Gitterzelle befindlichen Abtastpunkte durch Mittelung der jeweils zugeordneten Tensoren erfolgen. Weitere dem Fachmann aus der Praxis bekannte Möglichkeiten sind ebenfalls denkbar. Spatial state data, which are obtained from measurement results, are usually represented on the basis of point clouds. In order to convert such a tensor field into a uniform lattice, the sampling points located in a lattice cell can, for example, be summarized by averaging the respectively assigned tensors. Other possibilities known to those skilled in the art from practice are also conceivable.
Räumliche Zustandsdaten, die aus numerischen Simulationen gewonnen werden, werden üblicherweise durch Tensorfelder auf Basis unstrukturierter, polygonaler Netze dargestellt. Um ein solches Tensorfeld in ein gleichmäßiges Gitter zu über- führen, kann beispielsweise eine Abtastung des polygonalen Netzes an den Mittel- punkten der Gitterzellen des gleichmäßigen Gitters erfolgen. Weitere dem Fach- mann aus der Praxis bekannte Möglichkeiten sind ebenfalls denkbar. Spatial state data obtained from numerical simulations are usually represented by tensor fields based on unstructured, polygonal networks. In order to convert such a tensor field into a uniform grid, the polygonal network can, for example, be scanned at the centers of the grid cells of the uniform grid. Other possibilities known to the specialist from practice are also conceivable.
Insbesondere bei großen mechanischen Systemen als Prüfobjekt erfordert die Re- präsentation räumlicher Zustandsdaten in Form von gleichmäßigen Gittern sehr viel Speicherplatz. Daher können in vorteilhafter Weise Maßnahmen ergriffen werden, um den Speicherverbrauch zu reduzieren. Dazu kann es sich anbieten, jeweils nur einen kleinen Teil des Prüfobjekts separat zu untersuchen, zum Beispiel durch Un- terteilung des Gitters in verschiedene Regionen. Des Weiteren ist eine Nutzung adaptiver Datenstrukturen zur Speicherung der räumlichen Zustandsdaten auf dem gleichmäßigen Gitter denkbar. Hierzu sind verschiedene aus der Praxis der Com- putergrafik bekannte Daten Strukturen denkbar, wie zum Beispiel eine Verwendung von Octrees. Ein Octree ist ein gewurzelter Baum, dessen Knoten jeweils entweder acht direkte oder gar keine Nachfolger haben. Damit können dreidimensionale Da- tensätze auf geeignete Weise hierarchisch untergliedert werden. Fig. 7 zeigt in einer schematischen Ansicht eine Netzarchitektur eines tiefen neuro- nalen Netzes für ein Bewertungssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der Er- findung, wobei das tiefe neuronale Netz als Convolutional Neural Network ausge- bildet ist. Especially with large mechanical systems as test objects, the presentation of spatial status data in the form of uniform grids requires a lot of storage space. Measures can therefore advantageously be taken to reduce the memory consumption. It may be advisable to examine only a small part of the test object separately, for example by dividing the grid into different regions. Furthermore, the use of adaptive data structures for storing the spatial state data on the uniform grid is conceivable. Various data structures known from the practice of computer graphics are conceivable for this, such as the use of octrees. An octree is a rooted tree, the nodes of which have either eight direct successors or no successors at all. Three-dimensional data sets can thus be subdivided hierarchically in a suitable manner. 7 shows a schematic view of a network architecture of a deep neural network for a rating system according to an exemplary embodiment of the invention, the deep neural network being designed as a convolutional neural network.
Als Eingabedaten für das tiefe neuronale Netz dienen zum einen die räumlichen Zustandsdaten des Prüfobjekts und zum anderen ein oder mehrere Zusatzparame- ter des Prüfobjekts, wie beispielsweise Gewicht, Frequenzinformationen, Material- typen, etc. Die räumlichen Zustandsdaten liegen als Tensorfeld auf einem kartesi- schen Gitter vor. The input data for the deep neural network are, on the one hand, the spatial status data of the test object and, on the other hand, one or more additional parameters of the test object, such as weight, frequency information, material types, etc. The spatial status data lie as a tensor field on a Cartesian Grid in front.
Für die Implementierung von tiefen neuronalen Netzen sind verschiedene Architek- turen denkbar, die für die Beurteilung der Eingabedaten geeignet sind. Fig. 7 zeigt eine mögliche Ausführungsform eines Bewertungssystems auf Basis eines Convo- lutional Neural Networks (ConvNet). Dabei werden zunächst die Zusatzparameter und die räumlichen Zustandsdaten getrennt voneinander in mehreren Faltungs- schichten - mit jeweils optional anschließendem Normalisierungs-, Aktivierungs- und Poolinglayer - verarbeitet, bevor die Ergebnisse zusammengeführt und durch weitere Schichten (Layer) verarbeitet werden. Die räumlichen Zustandsdaten liegen hier bereits in aufbereiteter Form vor, nämlich als Tensorfeld auf kartesischem Git- ter. Des Weiteren kann die genaue Anzahl der Faltungsschichten sowie die spezi- elle Konfiguration (Normalisierungs-, Aktivierungs- und Poolinglayer) anwendungs- spezifisch variieren. For the implementation of deep neural networks, various architectures are conceivable that are suitable for the assessment of the input data. FIG. 7 shows a possible embodiment of a rating system based on a Convolutional Neural Network (ConvNet). First, the additional parameters and the spatial status data are processed separately from each other in several folding layers - each with an optional subsequent normalization, activation and pooling layer - before the results are merged and processed by further layers. The spatial state data is already available here in a processed form, namely as a tensor field on a Cartesian grid. Furthermore, the exact number of folding layers and the special configuration (normalization, activation and pooling layers) can vary depending on the application.
Nach den Faltungsschichten des in Fig. 7 dargestellten neuronalen Netzwerks kön- nen eine oder mehrere vollständig verbundene Neuronenschichten folgen, um - wie beispielsweise bei einer Klassifikation häufig gewünscht - die Ausgabe des neuro- nalen Netzes auf eine bestimmte Dimensionalität festzulegen. Bei diversen Anwen- dungen kann abschließend eine Nachverarbeitung durch spezielle Aktivierungs- /Normalisierungsfunktionen (zum Beispiel ein Voting) erfolgen. Die Summe aller Netzparameter (Gewichte) für jede Schicht bestimmen dabei das Verhalten des neuronalen Netzes. Diese Netzparameter können in einem Trainingsprozess be- stimmt werden, der mit der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform beispielhaft an- gegeben ist. In der Ausführungsform gemäß Fig. 7 wird eine Faltungsschicht als Kombination aus Faltungsschritt, Aktivierungsschritt, Normalisierungsschritt und Poolingschritt implementiert. Diese Schritte können innerhalb des neuronalen Netzwerks mehr- mals hintereinander in verschiedener Konfiguration und Abfolge durchgeführt wer- den. Ferner können mehrere Faltungen durchgeführt werden, inklusive Normalisie- rung und Aktivierung, um anschließend einen Poolingschritt durchzuführen. After the convolutional layers of the neural network shown in FIG. 7, one or more completely connected neuron layers can follow, in order to fix the output of the neural network to a specific dimensionality, as is often desired, for example, in the case of a classification. In the case of various applications, final processing can then be carried out using special activation / normalization functions (for example voting). The sum of all network parameters (weights) for each layer determine the behavior of the neural network. These network parameters can be determined in a training process, which is given as an example with the embodiment shown in FIG. 6. In the embodiment according to FIG. 7, a folding layer is implemented as a combination of folding step, activation step, normalization step and pooling step. These steps can be carried out several times in succession in different configurations and sequences within the neural network. Furthermore, several foldings can be carried out, including normalization and activation, in order to then carry out a pooling step.
Der Name„Faltungsschichten“ rührt von der gleichnamigen mathematischen Ope- ration„Faltung“ her, welche der Faltungsschicht zugrunde liegt. Eine Faltung (/ * g ) zweier Funktionen / und g mit Rn (C ergibt sich wie folgt: The name “folding layers” comes from the mathematical operation “folding” of the same name, which is the basis of the folding layer. A convolution (/ * g) of two functions / and g with R n (C results as follows:
In Anwendungen von Faltungsnetzwerken als neuronales Netz wird meist mit mehr- dimensionalen diskreten Daten gearbeitet. Dementsprechend kann die diskrete Fal- tung eingesetzt werden. In der Faltungsschicht wird dann eine Eingabe /, zum Bei- spiel ein Temperaturfeld auf einem dreidimensionalen Gitter mit einem Faltungs- kernel K gefaltet, um so die Ausgabe bzw. das Ergebnis der Faltung zu erzeugen. Die während des Trainings optimierten Parameter entsprechen den Parametern des Faltungskernels K. Für dreidimensionale Eingabedaten ergibt sich so die diskrete Faltung durch eine Formel wie folgt: In applications of convolutional networks as a neural network, multidimensional discrete data is usually used. Accordingly, the discrete fold can be used. An input /, for example a temperature field, is then folded in the folding layer on a three-dimensional grid with a folding kernel K in order to produce the output or the result of the folding. The parameters optimized during the training correspond to the parameters of the convolution kernel K. For three-dimensional input data, this results in the discrete convolution using a formula as follows:
S(i,;, /c)bezeichnet hier das Resultat der Faltung der Eingabedaten / an Stelle i,j, k mit einem Faltungskernel K der Größe pi, h, r.  S (i,;, / c) here denotes the result of the folding of the input data / instead of i, j, k with a folding kernel K of size pi, h, r.
Um das Training zu beschleunigen und/oder robuster durchzuführen, können die Ein- bzw. Ausgaben von verschiedenen Schichten innerhalb des neuronalen Netz- werks normalisiert werden. Somit kann ein schnelleres und robusteres Training er- möglicht werden. Dies kann im Normalisierungsschritt auf Basis des Erwartungs- wertes und der Varianz der Trainingsdaten erfolgen. Aktivierungsschichten können verwendet werden, um aus der linearen Ausgabe ei- ner Faltung eine nichtlineare Ausgabe zu erzeugen. Hier bietet sich zum Beispiel die Sigmoidfunktion an: In order to accelerate the training and / or to carry it out more robustly, the inputs and outputs of different layers within the neural network can be normalized. This enables faster and more robust training. This can be done in the normalization step based on the expected value and the variance of the training data. Activation layers can be used to produce a nonlinear output from the linear output of a fold. Here, for example, the sigmoid function is useful:
Des Weiteren können auch nur teilweise differenzierbare Funktionen wie beispiels- weise die Rectified Linear Unit 3 (ReLU3) u 6 ihre Ausprägungen wie zum Beispiel leakyReLU oder Zufallsfunktionen wie zum Beispiel dropoutlayer (zufällig ausge- wählte Werte der Ausgabe auf 0 setzen) genutzt werden. Furthermore, only partially differentiable functions such as the Rectified Linear Unit 3 (ReLU3) and 6, such as leakyReLU or random functions such as dropout layer (set randomly selected values of the output to 0) can be used.
Für die ReLU Aktivierungsfunktion gilt: y = max(0, x) The following applies to the ReLU activation function: y = max (0, x)
Für die LeakyReLU Aktivierungsfunktion gilt: The following applies to the LeakyReLU activation function:
G x wenn x > 0 G x if x> 0
y = 1  y = 1
ί * x sonst  ί * x otherwise
Poolingschichten werden genutzt, um die Ausgabe vorhergehender Operationen zusammenzufassen. Hierbei wird eine Zusammenfassung über eine definierte Nachbarschaft nach einer bestimmten Vorgehensweise generiert. Als Strategie beim Pooling kann das Max-Pooling angewendet werden, bei dem eine rechtwink- lige Nachbarschaft zusammengefasst wird, indem ihr maximaler Wert gewählt wird. Pooling layers are used to summarize the output of previous operations. Here, a summary of a defined neighborhood is generated according to a certain procedure. Max pooling can be used as a strategy for pooling, in which a right-angled neighborhood is combined by choosing its maximum value.
Die Netzparameter des tiefen neuronalen Netzes gemäß der in Fig. 7 dargestellten Ausführungsform können mit einem Backpropagation-Verfahren bestimmt werden. Dabei sind verschiedene aus der Praxis bekannte Optimierungsverfahren denkbar. Zum Beispiel kann der Stochastische Gradientenabstieg oder eine modifizierte Ver- sion wie das Adam-Verfahren angewendet werden. Dabei wird in vorteilhafter Weise nicht der gesamte Datensatz für eine Optimierung herangezogen, sondern wieder- holt zufällig ausgewählte Untermengen des Trainingsdatensatzes zur Berechnung des Gradienten genutzt. Mit Hilfe dieses Gradienten, der auf einer Zielfunktion be- rechnet wird, wird die nötige Anpassung der Parameter bestimmt. Als Zielfunktion kann beim Maschinellen Lernen eine Fehlerfunktion dienen, welche die Abweichung zwischen der Vorhersage des neuronalen Netzes und der Expertenmeinung, näm- lich die bekannte Zustandsbewertung, quantifiziert. The network parameters of the deep neural network according to the embodiment shown in FIG. 7 can be determined using a back propagation method. Various optimization methods known from practice are conceivable. For example, the stochastic gradient descent or a modified version such as the Adam method can be used. In this case, the entire data set is advantageously not used for optimization, but instead repeats randomly selected subsets of the training data set for the calculation of the gradient. With the help of this gradient, which is calculated on a target function, the necessary adjustment of the parameters is determined. In machine learning, an error function can serve as the objective function, which quantifies the deviation between the prediction of the neural network and the expert opinion, namely the known condition assessment.
Zur Berechnung des Fehlers einer Vorhersage, können je nach angestrebter Funk- tion und Fehlertoleranz des Schätzers unterschiedliche Verfahren angewandt wer- den. Bei einer Klassifikation, kann der Fehler zum Beispiel als der Mittlere Quadra- tische Fehler zwischen Ein- und Ausgabe oder mit Hilfe der Kreuzentropie bestimmt werden. Different methods can be used to calculate the error of a prediction, depending on the desired function and error tolerance of the estimator. In the case of a classification, the error can be determined, for example, as the mean square error between input and output or using the cross entropy.
Die Kreuzentropie zwischen der Annotation y' und der Vorhersage y berechnet sich wie folgt: The cross entropy between the annotation y 'and the prediction y is calculated as follows:
Im Hinblick auf eine Initialisierung der Netzparameter (Gewichte) des neuronalen Netzes, können diese vor dem ersten Training mit Zufallswerten initialisiert werden. Dies kann in geeigneter Weise zum Beispiel mit der„Xavier“-lnitialisierungsfunktion erfolgen, bei der die Gewichte zufällig aus dem wie folgt definierten Intervall ausge- wählt werden: With regard to an initialization of the network parameters (weights) of the neural network, these can be initialized with random values before the first training. This can be done in a suitable manner, for example with the "Xavier" initialization function, in which the weights are selected at random from the interval defined as follows:
Mit diesem Intervall kann ein zufälliges Sampeln im Rahmen der„Xavier“-Initialisie- rung erfolgen, wobei in der Anzahl der Eingabeneuronen und out der Anzahl der Ausgabeneuronen entspricht. In diesem Fall sind allerdings sehr viele Trainingsda- ten nötig, bevor das neuronale Netzwerk eine gute Beurteilungsgenauigkeit erreicht. Eine weitere Möglichkeit bietet das sogenannte Transferlernen: Hier wird das neu- ronale Netz zunächst für eine verwandte Aufgabe trainiert, für die viele Trainings- daten zur Verfügung stehen. Dann wird in weiteren Trainingsschritten das neuronale Netz auf die spezielle Zielanwendung angepasst (Nachtraining). Für dieses Vorge- hen sind verschiedene Ausführungsformen denkbar. Eine Möglichkeit kann sein, dass die Parameter der vollständig verbundenen Neuronenschichten vor dem Nachtraining wieder zufällig initialisiert werden, aber die anderen Parameter aus dem vorherigen Training übernommen werden. In diesem Fall kann es sinnvoll sein, die Netzparameter (Gewichte) der Faltungsschichten konstant zu lassen. With this interval, random sampling can be carried out as part of the "Xavier" initialization, the number of input neurons and out corresponding to the number of output neurons. In this case, however, a lot of training data is required before the neural network achieves a good assessment accuracy. Transfer learning offers another possibility: Here, the neural network is initially trained for a related task for which a large amount of training data is available. Then, in further training steps, the neural network is adapted to the specific target application (post-training). Various embodiments are conceivable for this procedure. One possibility may be that the parameters of the completely connected neuron layers are randomly reinitialized before the post-training, but the other parameters are taken from the previous training. In this case, it may make sense to leave the network parameters (weights) of the folding layers constant.
Fig. 8 zeigt in einer schematischen Ansicht eine Veranschaulichung eines Verfah- rens zum Bewerten eines Zustands eines dreidimensionalen Prüfobjekts gemäß ei- nem Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei eine automatische Beurteilung des Zustands des Prüfobjekts erfolgt. Nachdem die Bestimmung der anwendungsspe- zifischen Netzparameter im Rahmen des Trainings abgeschlossen ist, kann das Be- wertungssystem im Rahmen des Ausführungsprozesses zum automatischen Be- werten bzw. Beurteilen des Zustands des Prüfobjekts eingesetzt werden. 8 shows a schematic view of an illustration of a method for evaluating a state of a three-dimensional test object according to an exemplary embodiment of the invention, the state of the test object being automatically assessed. After the determination of the application-specific network parameters has been completed as part of the training, the evaluation system can be used as part of the execution process for automatic evaluation or assessment of the state of the test object.
Fig. 9 zeigt in einer schematischen Ansicht eine skizzierte Veranschaulichung eines Temperaturfelds eines Akkumulatorpacks 1 für ein Verfahren gemäß einem Ausfüh- rungsbeispiel der Erfindung. Fig. 9 soll das Ergebnis einer thermischen 3D-Bildge- bung illustrieren, wobei der Akkumulatorpack 1 während eines Ladevorgangs mit einer Tiefenkamera und einer Wärmebildkamera aus verschiedenen Richtungen fo- tografiert worden und anschließend durch Bildfusion eine dreidimensionale Punkt- wolke 2 erzeugt worden ist. In Fig. 9 sind Temperaturen im Bereich zwischen 15 °C und 45 °C gemäß der Temperatureinteilung 3 auf dem Akuumulatorpack 1 darge- stellt. Hier liegt dann für jeden Punkt auf der sichtbaren Oberfläche des Akkumula- torpacks 1 eine Temperatur vor. Somit kann aus verschiedenen 2D-Wärmebildern und Tiefeninformationen ein räumliches Zustandsfeld der Temperatur auf der Ober- fläche des Akkumulatorpacks 1 erstellt werden, um dann als räumliche Zustands- daten einem Bewertungssystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zu- geführt zu werden. Das Bewertungssystem kann basierend auf dem diskretisierten Temperaturfeld den Zustand des Akkumulatorpacks 1 bewerten. Defekte in dem Akkumulatorpack 1 können nicht nur die Leistung eines durch den Akkumulatorpack 1 angetriebenen Systems herabsetzen, sondern auch eine ge- fährliche Explosionsquelle darstellen. 9 shows a schematic view of a sketched illustration of a temperature field of an accumulator pack 1 for a method according to an exemplary embodiment of the invention. 9 is intended to illustrate the result of a thermal 3D imaging, wherein the battery pack 1 was photographed from different directions during a charging process with a depth camera and a thermal imaging camera, and a three-dimensional point cloud 2 was subsequently generated by image fusion. 9 shows temperatures in the range between 15 ° C. and 45 ° C. according to the temperature division 3 on the vacuum pack 1. There is then a temperature for each point on the visible surface of the battery pack 1. A spatial state field of the temperature on the surface of the battery pack 1 can thus be created from various 2D thermal images and depth information, in order then to be supplied as spatial state data to an evaluation system according to an embodiment of the invention. The evaluation system can evaluate the state of the battery pack 1 based on the discretized temperature field. Defects in the battery pack 1 can not only reduce the performance of a system driven by the battery pack 1, but also represent a dangerous source of explosion.
Bisher sind Auswertungen bzw. Bewertungen von derartigen Daten durch mensch- liche Experten erfolgt. Unter Nutzung eines Bewertungssystems bzw. mit Durchfüh- rung eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist es nunmehr möglich, die Fehlerwahrscheinlichkeit und auch die Art möglicher Fehlerquellen au- tomatisiert vorauszusagen bzw. zu berechnen. So far, human experts have evaluated or assessed such data. Using an evaluation system or performing a method according to an embodiment of the invention, it is now possible to automatically predict or calculate the probability of error and also the type of possible sources of error.
Dazu werden zunächst mehrere hundert Zustandsdatenpunkte von Trainingsobjek- ten gesammelt und im Rahmen eines Trainingsdatensatzes bereitgestellt. Im Rah- men der beispielhaften Ausführungsform betreffend den Akkumulatorpack 1 um- fasst jeder Zustandsdatenpunkt des Trainingsdatensatzes Folgendes: For this purpose, several hundred status data points from training objects are first collected and made available as part of a training data set. Within the scope of the exemplary embodiment relating to the battery pack 1, each state data point of the training data record comprises the following:
- Räumliche Zustandsdaten: Punktwolke mit Temperaturinformation pro Ab- tastpunkt im Abtastraum - gewonnen aus Sensordaten, und - Spatial state data: point cloud with temperature information per sampling point in the scanning space - obtained from sensor data, and
- Zusatzparameter: Alter des Packs, aktueller Ladestrom  - Additional parameters: age of the pack, current charging current
Des Weiteren umfasst der Trainingsdatensatz für jeden der Zustandsdatenpunkte eine bekannte Zustandsbewertung. Die Bestimmung der bekannten Zustandsbe- wertung erfolgt im Vorfeld durch einen erfahrenen Experten, wobei folgende Beur- teilungen bzw. Zustandsbewertungen unterschieden werden: Furthermore, the training data record comprises a known status evaluation for each of the status data points. The known condition assessment is determined in advance by an experienced expert, whereby the following assessments or condition assessments are distinguished:
- Akkumulatorpack fehlerfrei - Accumulator pack free of defects
- Akkumulatorpack mit Fehlern behaftet, kein Sicherheitsrisiko  - Accumulator pack with errors, no security risk
- Akkumulatorpack mit Fehlern behaftet, Sicherheitsrisiko  - Accumulator pack with errors, security risk
Um das auf einer Punktwolke definierte Temperaturfeld in ein gleichmäßiges Gitter zu konvertieren, wird zunächst die Auflösung des Gitters festgelegt (zum Beispiel 256x256x256 Zellen). In Abhängigkeit der Größe des Akkumulatorpacks wird dann die Größe der Gitterzellen berechnet, indem die Abmessungen durch die Anzahl der Zellen in jeder Raumrichtung dividiert werden. Für jede Zelle werden dann alle Punkte P_i gesucht, die sich in der Zelle befinden. Der Temperaturwert für jede Git- terzelle ergibt sich dann abschließend aus der Mittelung der Temperaturwerte an den Punkten P_i. In order to convert the temperature field defined on a point cloud into a uniform grid, the resolution of the grid is first defined (for example 256x256x256 cells). Depending on the size of the battery pack, the size of the grid cells is then calculated by dividing the dimensions by the number of cells in each spatial direction. Then for each cell all Points P_i sought that are in the cell. The temperature value for each grid cell then results from the averaging of the temperature values at points P_i.
Es können mit verschiedenen neuronalen Netzkonfigurationen gute Ergebnisse er- zielt werden. Eine besonders vorteilhafte Konfiguration des neuronalen Netzes ist wie folgt: Good results can be achieved with various neural network configurations. A particularly advantageous configuration of the neural network is as follows:
- Faltungsschichten für räumliche Zustandsdaten: Die Faltungsschichten nut- zen Normalisierung und Aktivierung mittels leakyReLu, alle zwei bis drei Schichten wird außerdem ein Max-Pooling durchgeführt. Insgesamt sechs bis neun Faltungsschichten. - Folding layers for spatial state data: The folding layers use normalization and activation by means of leakyReLu, max-pooling is also carried out every two to three layers. A total of six to nine folding layers.
- Faltungsschichten für die Zusatzparameter: Eine Faltungsschicht inklusive Normalisierung und Aktivierung mittels leakyReLu. - Folding layers for the additional parameters: A folding layer including normalization and activation using leakyReLu.
- Weitere Faltungsschichten: zwei bis drei Faltungsschichten inklusive Norma- lisierung und Aktivierung mittels leakyReLu. - Additional folding layers: two to three folding layers including normalization and activation using leakyReLu.
- Es folgen abschließend zwei vollständig verbundene Neuronenschichten und eine Nachverarbeitung mittels Softmax-Normalisierung. - Finally, two completely connected neuron layers and post-processing using Softmax normalization follow.
Anfänglich erfolgt eine Initialisierung der Netzparameter (Gewichte) des neuronalen Netzes mittels„Xavier“-Initialisierung. Bei vorhandenen Daten wird die beschrie- bene Strategie des Nachtrainings verfolgt. Initially, the network parameters (weights) of the neural network are initialized using "Xavier" initialization. In the case of existing data, the described post-training strategy is followed.
Als Eingabe für das Bewertungssystem dient wie beschrieben eine dreidimensio- nale Punktwolke mit Temperaturinformation pro Abtastpunkt. Des Weiteren dient als Eingabe für das Bewertungssystem das Alter des Akkumulatorpacks 1 und der aktuelle Ladestrom. Die dreidimensionale Punktwolke mit der Temperaturinforma- tion pro Abtastpunkt bildet die räumlichen Zustandsdaten in Form eines diskretisier- ten Temperaturfelds. Das Alter und der aktuelle Ladestrom repräsentieren die Zu- satzparameter. Das Bewertungssystem kann dann basierend auf den räumlichen Zustandsdaten, nämlich dem diskretisierten Temperaturfeld, und basierend auf den Zusatzparame- tern automatisch den Zustand des Akkumulatorpacks 1 beurteilen und dabei fol gende Fälle unterscheiden: As described, a three-dimensional point cloud with temperature information per sampling point serves as input for the evaluation system. The age of the battery pack 1 and the current charging current also serve as input for the evaluation system. The three-dimensional point cloud with the temperature information per sampling point forms the spatial state data in the form of a discretized temperature field. The age and the current charging current represent the additional parameters. The evaluation system can then automatically judge the state of the battery pack 1 based on the spatial state data, namely the discretized temperature field, and on the basis of the additional parameters and can distinguish the following cases:
- Akkumulatorpack fehlerfrei - Accumulator pack free of defects
- Akkumulatorpack mit Fehlern behaftet, kein Sicherheitsrisiko  - Accumulator pack with errors, no security risk
- Akkumulatorpack mit Fehlern behaftet, Sicherheitsrisiko  - Accumulator pack with errors, security risk
Fig. 10 zeigt in einer schematischen Ansicht eine Veranschaulichung eines durch numerische Simulation errechneten Spannungsfelds eines Winkels 4 für ein Verfah- ren gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Spannungsfeld des Win- kels 4 ist als Skalarfeld (von-Mises-Spannung) auf einem polygonalen Gitter 5 ge- mäß der Spannungseinteilung 6 dargestellt, wobei das polygonale Gitter 5 in Fig. 10 als Tetraedergitter ausgebildet ist. 10 shows in a schematic view an illustration of a voltage field of an angle 4 calculated by numerical simulation for a method according to an embodiment of the invention. The voltage field of the angle 4 is shown as a scalar field (von Mises voltage) on a polygonal grid 5 according to the voltage division 6, the polygonal grid 5 in FIG. 10 being designed as a tetrahedron grid.
Ein Winkel soll für ein mechanisches System möglichst leicht gebaut werden, ohne die Zuverlässigkeit und Lebensdauer zu beeinträchtigen. Dazu werden mit Hilfe ei- ner numerischen Simulation die Spannungen (Kraft pro Fläche) in dem Winkel be- stimmt. Das Ergebnis liegt dann als Tensorfeld auf einem polygonalen Gitter vor. Für jeden Knoten in dem Gitter gibt es konkret einen Spannungstensor (3x3 Matrix). Für eine manuelle Beurteilung kann dieser Spannungstensor in einen Skalarwert umgewandelt (von-Mises-Spannung) und für den„beurteilenden“ Ingenieur visuali- siert werden, beispielsweise wie in Fig. 10 skizziert. An angle should be built as light as possible for a mechanical system without compromising reliability and service life. For this purpose, the voltages (force per surface) are determined in the angle with the aid of a numerical simulation. The result is then available as a tensor field on a polygonal grid. For each node in the grid there is a specific stress tensor (3x3 matrix). For a manual assessment, this tension tensor can be converted into a scalar value (von Mises tension) and visualized for the “assessing” engineer, for example as outlined in FIG. 10.
Auf Basis dieser Visualisierung beurteilt derzeit ein menschlicher Experte anhand seines Erfahrungswissens, ob der Winkel stabil genug ausgelegt ist. Mit einem Ver- fahren bzw. mit einem Bewertungssystem gemäß einer Ausführungsform der Erfin- dung ist es möglich, bestimmte Muster im Spannungsfeld des Winkels automatisch zu klassifizieren und den Zustand des Bauteils so zu bewerten. Based on this visualization, a human expert is currently assessing whether the angle is designed to be stable enough based on his experience. With a method or with an evaluation system according to an embodiment of the invention, it is possible to automatically classify certain patterns in the voltage field of the angle and thus to evaluate the state of the component.
Zur Erstellung eines Trainingsdatensatzes werden mehrere hundert Zustandsda- tenpunkte gesammelt, wobei jeder Zustandsdatenpunkt Folgendes umfasst: - Räumliche Zustandsdaten: Diskretisiertes Spannungsfeld auf polygonalem Gitter mit Spannungsinformation pro Abtastpunkt - gewonnen aus numeri- scher Simulation, und Several hundred state data points are collected to create a training data set, each state data point comprising the following: - Spatial state data: discretized voltage field on a polygonal grid with voltage information per sampling point - obtained from numerical simulation, and
- Zusatzparameter: Verwendeter Materialtyp  - Additional parameters: Material type used
Des Weiteren umfasst der Trainingsdatensatz für jeden der Zustandsdatenpunkte eine bekannte Zustandsbewertung. Die Bestimmung der bekannten Zustandsbe- wertung erfolgt im Vorfeld durch einen erfahrenen Experten, wobei folgende Beur- teilungen bzw. Zustandsbewertungen unterschieden werden: Furthermore, the training data record comprises a known status evaluation for each of the status data points. The known condition assessment is determined in advance by an experienced expert, whereby the following assessments or condition assessments are distinguished:
- Winkel korrekt simuliert, Spannungsfeld einwandfrei, gute Auslegung- Angle correctly simulated, voltage field perfect, good design
- Winkel korrekt simuliert, Spannungsfeld problematisch, Konstruktion muss verändert werden - Angle correctly simulated, tension field problematic, construction must be changed
- Winkel fehlerhaft simuliert, Simulation muss wiederholt werden  - Angle incorrectly simulated, simulation must be repeated
Fig. 1 1 zeigt in einer schematischen Ansicht eine Darstellung des Winkels 4 gemäß Fig. 10, jedoch ohne das polygonale Gitter und mit dargestellten Abtastpunkten 7 auf der Winkelgeometrie des Winkels 4. FIG. 11 shows a schematic view of the angle 4 according to FIG. 10, but without the polygonal grid and with the sampling points 7 shown on the angle geometry of the angle 4.
Damit die räumlichen Zustandsdaten eines Zustandsdatenpunkts durch das neuro- nale Netz des Bewertungssystems analysiert werden können, werden die räumli- chen Zustandsdaten einer Datenaufbereitung unterzogen. Dazu wird eine Abtas- tung vorgenommen, um nämlich das auf dem - in Fig. 10 dargestellte - Tetraeder- gitter definierte Spannungsfeld auf ein gleichmäßiges Gitter zu übertragen. Zu- nächst wird ein gleichmäßiges Gitter definiert. Dann wird für jeden Mittelpunkt P einer Gitterzelle identifiziert, in welchem Tetraeder T des ursprünglichen Gitters sich P befindet. Der Spannungstensor an P wird dann berechnet, indem die Spannungs- tensoren an den vier Punkten in dem Tetraeder T linear interpoliert werden. Fig. 1 1 illustriert dazu die Lage der Abtastpunkte auf der Geometrie des Winkels. So that the spatial status data of a status data point can be analyzed by the neural network of the evaluation system, the spatial status data are subjected to data preparation. For this purpose, a scanning is carried out in order to transfer the voltage field defined on the tetrahedron lattice shown in FIG. 10 to a uniform lattice. First, an even grid is defined. Then, for each center point P of a grid cell, it is identified in which tetrahedron T of the original grid P is located. The stress tensor at P is then calculated by linearly interpolating the stress sensors at the four points in the tetrahedron T. Fig. 1 1 illustrates the position of the sampling points on the geometry of the angle.
Eine besonders vorteilhafte Konfiguration des neuronalen Netzes des Bewertungs- systems kann wie bei der Netzkonfiguration beim Ausführungsbeispiel betreffend den Akkumulatorpack erfolgen, wobei jedoch keine Faltungsschichten zur Verarbei- tung von Zusatzparametern verwendet werden. Anfänglich erfolgt eine Initialisierung der Netzparameter (Gewichte) des neuronalen Netzes mittels„Xavier“-Initialisierung. Bei vorhandenen Daten wird die beschrie- bene Strategie des Nachtrainings verfolgt. A particularly advantageous configuration of the neural network of the evaluation system can be carried out as in the network configuration in the exemplary embodiment relating to the battery pack, but no folding layers are used to process additional parameters. Initially, the network parameters (weights) of the neural network are initialized using "Xavier" initialization. In the case of existing data, the described post-training strategy is followed.
Als Eingabe für das Bewertungssystem dient wie beschrieben als räumliche Zu standsdaten ein Spannungsfeld auf polygonalem Gitter, welches mittels einer nu- merischen Simulation berechnet wurde. Des Weiteren dient als Eingabe für das Be- wertungssystem der verwendete Materialtyp des Winkels als Zusatzinformation. As described, the input to the evaluation system is a spatial field data on a voltage field on a polygonal grid, which was calculated using a numerical simulation. The material type of the angle used also serves as additional information for the evaluation system.
Das Bewertungssystem kann dann basierend auf den räumlichen Zustandsdaten, nämlich dem diskretisierten Spannungsfeld, und basierend auf dem Zusatzparame- ter automatisch den Zustand des Winkels beurteilen und dabei folgende Fälle un- terscheiden: The evaluation system can then automatically judge the state of the angle based on the spatial state data, namely the discretized voltage field and on the basis of the additional parameter, and can distinguish the following cases:
- Winkel korrekt simuliert, Spannungsfeld einwandfrei, gute Auslegung- Angle correctly simulated, voltage field perfect, good design
- Winkel korrekt simuliert, Spannungsfeld problematisch, Konstruktion muss verändert werden - Angle correctly simulated, tension field problematic, construction must be changed
- Winkel fehlerhaft simuliert, Simulation muss wiederholt werden  - Angle incorrectly simulated, simulation must be repeated
Somit kann der Spannungszustand eines Winkels als Prüfobjekt automatisch beur- teilt werden. The voltage state of an angle can thus be automatically assessed as a test object.
Fig. 12 zeigt in einer schematischen Ansicht eine Veranschaulichung eines Verfah- rens zum Bewerten eines Zustands eines mechanischen Systems als dreidimensi- onales Prüfobjekt gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Zur Optimie- rung des Geräuschkomforts und/oder der Langlebigkeit von mechanischen Syste- men - wie beispielsweise eine Karosserie eines Automobils oder ein Flugzeug- rumpf/-flügel - ist das Vibrations- bzw. Schwingungsverhalten des Systems, also des Prüfobjekts, zu analysieren und zu optimieren. Dazu werden vorzugsweise we sentliche Schwingformen wie zum Beispiel die Torsion in Mess- und/oder Simulati- onsdaten identifiziert. Das dreidimensionale Prüfobjekt bzw. das mechanische Sys- tem kann mit dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 12 im Hinblick auf sein Vibrati- onsverhalten bewertet bzw. untersucht werden. Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 12 ist dadurch gekennzeichnet, dass für ein dreidimensionales Prüfobjekt, nämlich ein komplexes mechanisches System wie beispielsweise eine Kraftfahrzeugkarosserie oder ein Flugzeugrumpf oder ein Flug- zeugflügel, eine Punktwolke mit zugeordneten Verschiebungsvektoren vorliegt. Als Zustandsdatenpunkt ist damit ein dreidimensionales Verschiebungsfeld vorgese- hen. Dieser Zustandsdatenpunkt repräsentiert eine räumliche Schwingform als Zu- stand des Prüfobjekts. Des Weiteren ist denkbar, dass dieser Zustandsdatenpunkt zusammen mit der zugeordneten Erregerfrequenz, die optional zugeordnet werden kann, eine räumliche Schwingform als Zustand des Prüfobjekts repräsentiert. 12 shows in a schematic view an illustration of a method for evaluating a state of a mechanical system as a three-dimensional test object according to an exemplary embodiment of the invention. To optimize the noise comfort and / or the longevity of mechanical systems - such as a body of an automobile or an aircraft fuselage / wing - the vibration or oscillation behavior of the system, ie the test object, must be analyzed and analyzed optimize. For this purpose, essential vibration forms, such as torsion, are preferably identified in measurement and / or simulation data. The three-dimensional test object or the mechanical system can be evaluated or examined with regard to its vibration behavior with the exemplary embodiment according to FIG. 12. The exemplary embodiment according to FIG. 12 is characterized in that there is a point cloud with associated displacement vectors for a three-dimensional test object, namely a complex mechanical system such as, for example, a motor vehicle body or an aircraft fuselage or an aircraft wing. A three-dimensional displacement field is thus provided as the state data point. This state data point represents a spatial waveform as the state of the test object. Furthermore, it is conceivable that this status data point, together with the assigned excitation frequency, which can optionally be assigned, represents a spatial waveform as the status of the test object.
Das räumliche Zustandsfeld der Verschiebungsvektoren, d.h. das dreidimensionale Verschiebungsfeld, kann durch ein dichtes Messfeld an Sensoren oder durch Simu- lation gewonnen werden. Das Bewertungssystem kann dann basierend auf einem diskretisierten Verschiebungsfeld den Zustand des Systems in Bezug auf das Schwingungsverhalten bewerten. Des Weiteren ist denkbar, dass das Bewertungs- system basierend auf einem diskretisierten Verschiebungsfeld und der zugehörigen Erregerfrequenz den Zustand des Systems in Bezug auf das Schwingungsverhalten bewertet. The spatial state field of the displacement vectors, i.e. the three-dimensional displacement field can be obtained by a dense measuring field on sensors or by simulation. The evaluation system can then evaluate the state of the system with respect to the vibration behavior based on a discretized displacement field. Furthermore, it is conceivable that the evaluation system evaluates the state of the system in relation to the vibration behavior based on a discretized displacement field and the associated excitation frequency.
Der Schwingungszustand des Prüfobjekts bzw. mechanischen Systems in Bezug auf verschiedene Erregerfrequenzen ist entscheidend für den Geräuschkomfort und die Langlebigkeit des mechanischen Systems. Wesentlich ist dafür die Bewertung der einzelnen Schwingformen, d.h. die Zuordnung des Zustandsdatenpunktes zu physikalisch relevanten Grundmustern wie zum Beispiel der Torsion. So kann ver- mieden werden, dass diese relevanten Grundschwingformen in Resonanz mit be- kannten äußeren Erregerfrequenzen treten und es zu großer Geräuschentwicklung oder zur Zerstörung des zu untersuchenden mechanischen Systems kommt. The state of vibration of the test object or mechanical system in relation to different excitation frequencies is decisive for the noise comfort and the durability of the mechanical system. The evaluation of the individual vibration forms is essential for this, i.e. the assignment of the state data point to physically relevant basic patterns such as torsion. In this way, it can be avoided that these relevant basic vibration forms resonate with known external excitation frequencies and that the mechanical system to be investigated is emitted to a large extent or is destroyed.
Bisher sind Auswertungen bzw. Bewertungen von derartigen Daten durch mensch- liche Experten manuell erfolgt. Unter Nutzung eines Bewertungssystems bzw. mit Durchführung eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist es nunmehr möglich, kritische Erregerfrequenzen zu wesentlichen Grundschwingfor- men automatisiert zu identifizieren. Dazu werden zunächst mehrere hundert Zustandsdatenpunkte von Trainingsobjek- ten gesammelt und im Rahmen eines Trainingsdatensatzes bereitgestellt. Im Rah- men der beispielhaften Ausführungsform betreffend das Vibrationsverhalten des mechanischen Systems umfasst jeder Zustandsdatenpunkt des Trainingsdatensat- zes Folgendes: So far, evaluations or evaluations of such data have been performed manually by human experts. Using an evaluation system or carrying out a method according to an embodiment of the invention, it is now possible to identify critical excitation frequencies for essential fundamental waveforms automatically. For this purpose, several hundred status data points from training objects are first collected and made available as part of a training data set. In the context of the exemplary embodiment relating to the vibration behavior of the mechanical system, each state data point of the training data set comprises the following:
- Räumliche Zustandsdaten: Punktwolke mit Verschiebungsvektor pro Abtast- punkt im Abtastraum - vorzugsweise gewonnen aus Sensor- oder Simulati- onsdaten, und - Spatial state data: point cloud with displacement vector per sampling point in the scanning space - preferably obtained from sensor or simulation data, and
- Zusatzparameter (hier optional): Frequenz des Erregersignals  - Additional parameters (here optional): frequency of the excitation signal
Des Weiteren umfasst der Trainingsdatensatz für jeden der Zustandsdatenpunkte eine bekannte Zustandsbewertung. Die Bestimmung der bekannten Zustandsbe- wertung erfolgt im Vorfeld durch einen erfahrenen menschlichen Experten, wobei die Beurteilung der Schwingformen bzw. Zustandsbewertungen jeweils von der ge- nauen Art des mechanischen Systems abhängen. Für eine Automobilkarosserie o- der ein Flugzeugrumpf/-flügel können beispielsweise eine oder mehrere der folgen- den Beurteilungen bzw. Zustandsbewertungen unterschieden bzw. berücksichtigt werden: Furthermore, the training data record comprises a known status evaluation for each of the status data points. The known condition assessment is determined in advance by an experienced human expert, the assessment of the vibration forms and condition assessments depending on the precise type of mechanical system. For an automobile body or an aircraft fuselage / wing, for example, one or more of the following assessments or status assessments can be distinguished or taken into account:
- Torsion - torsion
- Vertikale Biegung  - Vertical bend
- Querbiegung  - transverse bend
Weitere Beurteilungen bzw. Zustandsbewertungen sind denkbar. Further assessments or status assessments are conceivable.
Um ein auf einer Punktwolke definiertes Verschiebungsfeld in ein gleichmäßiges Gitter zu konvertieren kann zum Beispiel wie folgt vorgegangen werden. Zunächst wird die Auflösung des Gitters festgelegt (zum Beispiel 256x256x256 Zellen). In Ab- hängigkeit der Größe des mechanischen Systems wird dann die Größe der Gitter- zellen berechnet, indem die Abmessungen durch die Anzahl der Zellen in jeder Raumrichtung dividiert werden. Für jede Zelle werden dann alle Punkte P_i gesucht, die sich in der Zelle befinden. Der dreidimensionale Verschiebungsvektor für jede Gitterzelle ergibt sich dann abschließend aus der Mittelung der Verschiebungsvek- toren an den Punkten P_i. In order to convert a displacement field defined on a point cloud into a uniform grid, the following procedure can be used, for example. First, the resolution of the grid is determined (for example 256x256x256 cells). The size of the grid cells is then calculated depending on the size of the mechanical system by dividing the dimensions by the number of cells in each spatial direction. All points P_i which are in the cell are then sought for each cell. The three-dimensional displacement vector for each The grid cell then results from the averaging of the displacement vectors at the points P_i.
Es können mit verschiedenen neuronalen Netzkonfigurationen gute Ergebnisse er- zielt werden. Eine besonders vorteilhafte Konfiguration des neuronalen Netzes ist wie folgt: Good results can be achieved with various neural network configurations. A particularly advantageous configuration of the neural network is as follows:
- Faltungsschichten für räumliche Zustandsdaten: Die Faltungsschichten nut- zen Normalisierung und Aktivierung mittels leakyReLu, alle zwei Schichten wird außerdem ein Max-Pooling durchgeführt. Insgesamt sechs Faltungs- schichten. - Folding layers for spatial state data: The folding layers use normalization and activation by means of leakyReLu, a max pooling is also carried out every two layers. A total of six layers of folds.
- Faltungsschichten für die Zusatzparameter: Eine Faltungsschicht inklusive Normalisierung und Aktivierung mittels leakyReLu. - Folding layers for the additional parameters: A folding layer including normalization and activation using leakyReLu.
- Weitere Faltungsschichten: zwei Faltungsschichten inklusive Normalisierung und Aktivierung mittels leakyReLu. - Further folding layers: two folding layers including normalization and activation using leakyReLu.
- Es folgen abschließend zwei vollständig verbundene Neuronenschichten und eine Nachverarbeitung mittels Softmax-Normalisierung. - Finally, two completely connected neuron layers and post-processing using Softmax normalization follow.
Anfänglich kann eine Initialisierung der Netzparameter (Gewichte) des neuronalen Netzes mittels„Xavier“-Initialisierung erfolgen. Bei vorhandenen Daten kann die be- schriebene Strategie des Nachtrainings verfolgt werden. Initially, the network parameters (weights) of the neural network can be initialized using "Xavier" initialization. The described post-training strategy can be followed for existing data.
Als Eingabe für das Bewertungssystem dient wie beschrieben eine dreidimensio- nale Punktwolke mit Verschiebungsinformation pro Abtastpunkt. Des Weiteren kann die Frequenz der Anregung als optionale Eingabe für das Bewertungssystem die- nen. Die dreidimensionale Punktwolke mit der Verschiebungsinformation pro Ab- tastpunkt bildet die räumlichen Zustandsdaten in Form eines diskretisierten Ver- schiebungsfeldes. Die Erregerfrequenz repräsentiert einen möglichen Zusatzpara- meter. Das Bewertungssystem kann dann basierend auf den räumlichen Zustandsdaten, nämlich dem diskretisierten Verschiebungsfeld, und ggf. basierend auf dem optio- nalen Zusatzparameter automatisch den Zustand des mechanischen Systems be- urteilen, indem eine grundlegende physikalische Schwingform in dem Zustandsda- tenpunkt identifiziert wird. Im Beispiel einer Automobilkarosserie oder einem Flug- zeugrumpf oder einem Flugzeugflügel können dabei folgende Fälle unterschieden bzw. berücksichtigt werden: As described, a three-dimensional point cloud with displacement information per sampling point serves as input for the evaluation system. Furthermore, the frequency of the excitation can serve as an optional input for the evaluation system. The three-dimensional point cloud with the displacement information per sampling point forms the spatial state data in the form of a discretized displacement field. The excitation frequency represents a possible additional parameter. The evaluation system can then automatically judge the state of the mechanical system based on the spatial state data, namely the discretized displacement field and possibly based on the optional additional parameter, by identifying a basic physical waveform in the state data point. In the example of an automobile body or an aircraft fuselage or an aircraft wing, the following cases can be distinguished or taken into account:
- Torsion und/oder - torsion and / or
- Vertikale Biegung und/oder  - vertical bend and / or
- Querbiegung  - transverse bend
Weitere Fälle sind denkbar. Other cases are conceivable.
Unter Berücksichtigung des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 12 kann ein Verfah- ren wie folgt ausgestaltet sein: Taking into account the exemplary embodiment according to FIG. 12, a method can be configured as follows:
Das Verfahren dient zum Bewerten eines Zustands eines dreidimensionalen Prüfobjekts unter Berücksichtigung einer vorgegebenen Beurteilungsaufgabe und unter Nutzung eines Bewertungssystems, das ein neuronales Netz umfasst. Es wird ein T rainingsdatensatz bereitgestellt und/oder verwendet, der mehrere Zustandsda- tenpunkte von einem oder mehreren dreidimensionalen Trainingsobjekten umfasst. Der Trainingsdatensatz umfasst in Bezug auf die vorgegebene Beurteilungsaufgabe für jeden der Zustandsdatenpunkte eine bekannte Zustandsbewertung. Zur Anpas- sung des Bewertungssystems an die vorgegebene Beurteilungsaufgabe wird das neuronale Netz des Bewertungssystems unter Nutzung des Trainingsdatensatzes in einem Trainingsprozess parametrisiert. In einem Ausführungsprozess wird mit dem angepassten Bewertungssystem für einen vorgegebenen Zustandsdatenpunkt des Prüfobjekts eine Zustandsbewertung berechnet bzw. ermittelt. The method is used to evaluate a state of a three-dimensional test object, taking into account a predetermined assessment task and using an evaluation system that comprises a neural network. A training data record is provided and / or used, which comprises several status data points from one or more three-dimensional training objects. The training data record includes a known status evaluation for each of the status data points in relation to the specified assessment task. To adapt the assessment system to the specified assessment task, the neural network of the assessment system is parameterized in a training process using the training data set. In an execution process, a condition assessment is calculated or ascertained with the adapted assessment system for a given status data point of the test object.
Im Rahmen dieser Ausgestaltung ist das Prüfobjekt ein mechanisches System, zum Beispiel eine Fahrzeugkarosserie, ein Flugzeugrumpf, ein Flugzeugflügel oder zu- mindest ein Bestandteil davon. Als vorgegebene Beurteilungsaufgabe kann dabei festzustellen sein, bei welcher Frequenz eine vorgebbare (bzw. eine bestimmte phy- sikalisch relevante) Schwingform auftritt. Die Zustandsbewertung des Prüfobjekts kann damit eine Schwingform (Vibrationsmuster) sein. Ein Zustandsdatenpunkt - im Rahmen dieser Ausgestaltung - ist ein dreidimensionales Verschiebungsfeld. In the context of this configuration, the test object is a mechanical system, for example a vehicle body, an aircraft fuselage, an aircraft wing or at least a component thereof. It can be used as a predefined assessment task to determine at which frequency a predefinable (or a certain physically relevant) waveform occurs. The condition assessment of the test object can thus be a vibration form (vibration pattern). A state data point - in the context of this embodiment - is a three-dimensional displacement field.
Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfah- rens bzw. des erfindungsgemäßen Bewertungssystems wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf den allgemeinen Teil der Beschreibung sowie auf die beige- fügten Ansprüche verwiesen. With regard to further advantageous refinements of the method according to the invention or of the evaluation system according to the invention, reference is made to the general part of the description and to the appended claims in order to avoid repetition.
Schließlich sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die voranstehend beschrie- benen Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. des erfin- dungsgemäßen Bewertungssystems lediglich zur Erörterung der beanspruchten Lehre dienen, diese jedoch nicht auf die Ausführungsbeispiele einschränken. Finally, it should be expressly pointed out that the above-described exemplary embodiments of the method according to the invention or of the evaluation system according to the invention only serve to discuss the claimed teaching, but do not restrict it to the exemplary embodiments.

Claims

A n s p r ü c h e Expectations
1. Verfahren zum Bewerten eines Zustands eines dreidimensionalen Prüfob- jekts unter Berücksichtigung einer vorgegebenen Beurteilungsaufgabe und unter Nutzung eines Bewertungssystems, das ein neuronales Netz umfasst, 1. Method for evaluating a state of a three-dimensional test object, taking into account a predetermined assessment task and using an evaluation system that comprises a neural network,
wobei ein Trainingsdatensatz bereitgestellt und/oder verwendet wird, der mehrere Zustandsdatenpunkte von einem oder mehreren dreidimensionalen Trai- ningsobjekten umfasst,  wherein a training data record is provided and / or used, which comprises several state data points from one or more three-dimensional training objects,
wobei der Trainingsdatensatz in Bezug auf die vorgegebene Beurteilungs- aufgabe für jeden der Zustandsdatenpunkte eine bekannte Zustandsbewertung um- fasst,  wherein the training data record includes a known condition assessment for each of the condition data points in relation to the specified assessment task,
wobei zur Anpassung des Bewertungssystems an die vorgegebene Beurtei- lungsaufgabe das neuronale Netz des Bewertungssystems unter Nutzung des Trai- ningsdatensatzes in einem Trainingsprozess parametrisiert wird, und  whereby the neural network of the evaluation system is parameterized in a training process using the training data set in order to adapt the evaluation system to the specified evaluation task, and
wobei in einem Ausführungsprozess mit dem angepassten Bewertungssys- tem für einen vorgegebenen Zustandsdatenpunkt des Prüfobjekts eine Zustands- bewertung berechnet wird.  whereby a status assessment is calculated in an execution process with the adapted assessment system for a given status data point of the test object.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Prüfobjekt ein Bauteil, ein mechanisches System, ein elektromechanisches System und/oder ein elektrochemisches System umfasst. 2. The method according to claim 1, characterized in that the test object comprises a component, a mechanical system, an electromechanical system and / or an electrochemical system.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Trai- ningsobjekte des Trainingsdatensatzes problemspezifisch derart ausgewählt wer- den, dass die vorgegebene Beurteilungsaufgabe sowohl auf die Trainingsobjekte als auch auf das Prüfobjekt anwendbar ist. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the training objects of the training data set are selected problem-specifically in such a way that the predetermined assessment task can be applied both to the training objects and to the test object.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zustandsdatenpunkte der Trainingsobjekte und der Zustandsdatenpunkt des Prüfobjekts jeweils räumliche Zustandsdaten umfassen. 4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the state data points of the training objects and the state data point of the test object each comprise spatial state data.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die von einem Zustandsdatenpunkt eines Trainingsobjekts umfassten räumlichen Zustandsdaten einen Zustand des Trainingsobjekts definieren, und wobei die von dem Zustands- datenpunkt des Prüfobjekts umfassten räumlichen Zustandsdaten einen Zustand des Prüfobjekts definieren. 5. The method according to claim 4, characterized in that the spatial state data comprised by a state data point of a training object define a state of the training object, and the spatial state data comprised by the state data point of the test object define a state of the test object.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die räum- lichen Zustandsdaten als diskretisiertes Skalar-, Vektor-, und/oder Tensorfeld re- präsentiert werden. 6. The method according to claim 4 or 5, characterized in that the spatial state data are presented as a discretized scalar, vector and / or tensor field.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die räumlichen Zustandsdaten in die Form eines gleichmäßigen Gitters überführt werden. 7. The method according to any one of claims 4 to 6, characterized in that the spatial state data are converted into the form of a uniform grid.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die räumlichen Zustandsdaten als Tensor der Stufe N+3 repräsentiert werden, wo- bei N die Ordnung der Zustandsdaten pro Gitterpunkt ist. 8. The method according to any one of claims 4 to 7, characterized in that the spatial status data are represented as a tensor of level N + 3, where N is the order of the status data per grid point.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die räumlichen Zustandsdaten eine physikalische Größe abbilden. 9. The method according to any one of claims 4 to 8, characterized in that the spatial state data represent a physical quantity.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die räumlichen Zustandsdaten ein Temperaturfeld, ein Deformationsfeld, ein Ge- schwindigkeitsfeld, ein Spannungsfeld, ein Druckfeld, ein Verschiebungsfeld und/o- der ein elektromagnetisches Feld umfassen. 10. The method according to any one of claims 4 to 9, characterized in that the spatial state data comprise a temperature field, a deformation field, a speed field, a voltage field, a pressure field, a displacement field and / or an electromagnetic field.
1 1. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die räumlichen Zustandsdaten einen Digitalisierungszustand abbilden, vor- zugsweise wobei die räumlichen Zustandsdaten die lokale Auflösung eines nume- rischen Gitters und/oder ein Qualitätsmerkmal eines numerischen Gitters umfassen. 1 1. The method according to any one of claims 4 to 10, characterized in that the spatial state data represent a digitization state, preferably wherein the spatial state data comprise the local resolution of a numerical grid and / or a quality feature of a numerical grid.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Zustandsdatenpunkte der Trainingsobjekte und der Zustandsdatenpunkt des Prüfobjekts neben räumlichen Zustandsdaten mindestens einen Zusatzpara- meter umfassen. 12. The method according to any one of claims 1 to 1 1, characterized in that the state data points of the training objects and the state data point of the test object include at least one additional parameter in addition to spatial state data.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Trainingsprozess einen Parameteroptimierungsschritt umfasst, wobei in dem Parameteroptimierungsschritt von dem Bewertungssystem für jeden Zustands- datenpunkt des Trainingsdatensatzes eine Zustandsbewertung berechnet wird, wo- bei die zu dem jeweiligen Zustandsdatenpunkt gehörende bekannte Zustandsbe- wertung des Trainingsdatensatzes mit der berechneten Zustandsbewertung vergli- chen wird, und wobei in Abhängigkeit des Vergleichs Netzparameter des neurona- len Netzes angepasst werden. 13. The method according to any one of claims 1 to 12, characterized in that the training process comprises a parameter optimization step, wherein in the parameter optimization step a status evaluation is calculated by the evaluation system for each state data point of the training data set, the known one belonging to the respective state data point The condition assessment of the training data record is compared with the calculated condition assessment, and network parameters of the neural network are adapted as a function of the comparison.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Parameteroptimierungsschritt, ggf. mit unterschiedlichen Trainingsdaten- sätzen, mehrfach durchgeführt wird. 14. The method according to any one of claims 1 to 13, characterized in that the parameter optimization step, possibly with different training data records, is carried out several times.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Trainingsprozess durch Rückpropagierung anwendungsspezifische Netzparameter des neuronalen Netzes des Bewertungssystems bestimmt werden, wobei für die Rückpropagierung der Trainingsdatensatz und initiale Netzparameter des neuronalen Netzes als Eingabedaten herangezogen werden. 15. The method according to any one of claims 1 to 14, characterized in that application-specific network parameters of the neural network of the evaluation system are determined in the training process by back propagation, the training data set and initial network parameters of the neural network being used as input data for the back propagation.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das neuronale Netz des Bewertungssystems derart konfiguriert ist, dass die räumlichen Zustandsdaten und der mindestens eine Zusatzparameter getrennt von- einander in mehreren Faltungsschichten verarbeitet werden, bevor die jeweils be- rechneten Zwischenergebnisse wieder zusammengeführt werden und durch wei- tere Schichten des neuronalen Netzes verarbeitet werden. 16. The method according to any one of claims 1 to 15, characterized in that the neural network of the evaluation system is configured in such a way that the spatial status data and the at least one additional parameter are processed separately from one another in a plurality of folding layers before the respectively calculated intermediate results be brought together again and processed by further layers of the neural network.
17. Bewertungssystem zum Bewerten eines Zustands eines dreidimensionalen Prüfobjekts unter Berücksichtigung einer vorgegebenen Beurteilungsaufgabe, ins- besondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei das Bewertungssystem ein, vorzugsweise tiefes, neuronales Netz umfasst, wobei das Bewertungssystem derart ausgebildet ist, dass ein Trainingsda- tensatz verwendbar ist, der mehrere Zustandsdatenpunkte von einem oder mehre- ren dreidimensionalen Trainingsobjekten umfasst, wobei der Trainingsdatensatz in Bezug auf die vorgegebene Beurteilungsaufgabe für jeden der Zustandsdaten- punkte eine bekannte Zustandsbewertung umfasst, 17. Evaluation system for evaluating a state of a three-dimensional test object, taking into account a predetermined evaluation task, in particular for carrying out a method according to one of claims 1 to 16, wherein the evaluation system comprises a, preferably deep, neural network, the evaluation system being designed in this way, that a training data record can be used which comprises several status data points from one or more three-dimensional training objects, the training data record in Includes a known condition assessment for each of the condition data points in relation to the specified assessment task,
wobei das Bewertungssystem weiterhin derart ausgebildet ist, dass zur An- passung an die vorgegebene Beurteilungsaufgabe das neuronale Netz unter Nut- zung des Trainingsdatensatzes in einem Trainingsprozess parametrisierbar ist, und dass nach der Anpassung an die vorgegebene Beurteilungsaufgabe in einem Ausführungsprozess für einen vorgegebenen Zustandsdatenpunkt des Prüfobjekts eine Zustandsbewertung berechenbar ist.  wherein the evaluation system is further configured such that the neural network can be parameterized in a training process using the training data set in order to adapt to the predefined assessment task, and that after the adaptation to the predefined assessment task in an execution process for a predefined status data point of the test object a condition assessment can be calculated.
18. Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinen- lesbaren Träger gespeichert ist und ein Verfahren zum Bewerten eines Zustands eines dreidimensionalen Prüfobjekts nach einem der Ansprüche 1 bis 16 bereitstellt und/oder ausführt. 18. Computer program product with program code which is stored on a machine-readable carrier and which provides and / or executes a method for evaluating a state of a three-dimensional test object according to one of claims 1 to 16.
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