KR102027389B1 - Fault diagnosis system of mechanical devices using autoencoder and deep-learning - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 오토인코더와 딥러닝을 이용한 기계 장비 고장 진단 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for diagnosing mechanical equipment failure using an autoencoder and deep learning.
인공지능은 컴퓨터에게 데이터를 학습시켜 마치 사람처럼 스스로 의사결정을 할 수 있게 한다. Artificial intelligence learns data from computers so that they can make their own decisions as if they were humans.
예를 들어, 사진을 보고 무슨 사진인지 구분하도록 하는 분류 모델을 만들기 위해서는 컴퓨터에게 사진을 계속 보여주면서 이 사진은 어떤 것에 대한 것인지에 대한 정답을 학습시켜 주어야 한다.For example, to create a classification model that allows you to look at a picture and identify which picture, you need to keep showing the picture to the computer and learn what the picture is about.
이런 방식을 '지도 기계학습'이라고 부른다. 최근에 뛰어난 성능을 보이며 많은 관심을 받고 있는 딥러닝 역시 기계학습과 유사한 방법이다.This method is called 'supervised machine learning'. Deep learning, which has recently gained a lot of attention and performance, is similar to machine learning.
딥러닝과 기계학습은 데이터를 이용하여 모델을 학습한다는 공통점이 있지만 데이터를 학습하는 과정에서 큰 차이가 있다.Deep learning and machine learning have in common that they use data to train models, but there are big differences in the process of learning data.
기계학습으로 이미지를 인식하기 위해서는 사진을 그대로 사용하는 것이 아니라 사진 속의 객체를 가장 잘 구분할 수 있는 특성인자를 찾아내야 한다.In order to recognize an image by machine learning, it is necessary to find a characteristic factor that can best distinguish the objects in the picture, rather than using the picture as it is.
기계학습에서 모델의 성능을 결정하는 것은 이 특성인자가 얼마나 데이터를 잘 대표하는가이다.What determines the performance of a model in machine learning is how well this characteristic factor represents the data.
반면 딥러닝의 경우에는 사람이 특성인자를 선정하는 것이 아니라 데이터에서 모델을 학습하는 과정에서 목표를 잘 달성할 수 있는 특성인자를 스스로 찾는다. 기계분야에서도 복잡한 기계시스템으로부터 취득된 데이터에서 특성인자를 찾아내는 것은 전문가 지식을 많이 요구하기 때문에 기계학습의 적용에 어려움이 많았다. 반면 딥러닝은 특성인자를 자동으로 찾아내기 때문에 기계장비의 고장 진단 분야에서 딥러닝을 활용하려는 시도가 늘어나고 있다. Deep learning, on the other hand, does not select a feature factor, but rather finds a feature factor that can achieve the goal well in the process of learning the model from the data. In the mechanical field, finding characteristic factors from data obtained from complex mechanical systems requires a lot of expert knowledge, which makes it difficult to apply machine learning. Deep learning, on the other hand, detects feature factors automatically, and there are increasing attempts to use deep learning in the field of machine failure diagnosis.
한편, 기계전자장비는 고장 위험에 노출되어 있으며, 사용 시간이 길수록 고장 위험성은 한층 높아진다.On the other hand, mechanical and electronic equipment is exposed to the risk of failure, and the longer the use time, the higher the risk of failure.
제조 공장 또는 가공 공장에 구축된 기계장비들에 고장이 발생하면 제품의 생산성과 수익성에 큰 영향을 끼치게 되며 산업재해가 발생하며 사후 조치에 많은 비용이 지출되며 필요할 때에 사용하지 못하는 불편을 초래하게 된다. 그러나 놀랍게도, 기계장비의 고장 원인은 확인이 어려우며, 기계장비에 구성된 고장 원인(부품 결함)이 잔존함에도 불구하고 기계장비가 막연히 오래 지속되기를 바라면서 간단히 대체하고 있는 실정이다.Failure of mechanical equipment in a manufacturing plant or processing plant will greatly affect the productivity and profitability of the product, lead to industrial accidents, high costs for follow-up measures, and inconvenient use when needed. . Surprisingly, however, the cause of the failure of the mechanical equipment is difficult to identify, and even though the failure cause (part defect) configured in the mechanical equipment remains, the machine equipment is simply replaced in the hope that it will last long.
즉, 기계장비의 고장을 진단하기 위해서는 기계장비에 구성된 부품들의 고장 원인(부품 결함)을 확인하여야 되는데, 기계장비에 구성된 부품들에서 측정되는 데이터의 분석을 통해 찾는 접근법들은 기계장비의 고장 원인을 정확하게 파악하기 어려운 문제점이 있어서 산업현장에서는 전문가의 경험적인 분석에 의존하여 기계장비의 고장 원인을 파악하는 문제점이 있었다.In other words, in order to diagnose the failure of the mechanical equipment, it is necessary to identify the cause of the failure (part defect) of the components configured in the mechanical equipment. There was a problem that it was difficult to pinpoint the problem, so in the industrial field, there was a problem of identifying the cause of the failure of the mechanical equipment based on the expert's empirical analysis.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 한국공개특허 제1996-0018877호는 각종 제어를 전기적인 신호로 처리하는 공지의 콘트롤러와 전기장치/유압장치 사이에서 이들을 연결하며 각종 전기신호를 디지탈신호로 변환하는 A/D부와, 본체와의 통신을 하는 통신부와, 상기 각종 제어 및 신호등을 보관하는 메모리와, 각종 처리를 행하는 CPU로 구성되는 중간모듈과, 중간모듈에서 처리된 각종 신호를 결과표시하는 화면과, 운영자의 의도를 고장진단장치가 인식하도록 하는 키보드 부분이 포함된 본체로 이루어지고, 모뎀선정 메뉴화면을 출력하고, 지시에 따라 기능항목선정 메뉴화면을 출력하고 선정된 기능 항목에 따라 당해기능의 측정된 판단을 하여 본체화면에 결과 출력을 하고, 정지지침요청와 도움말요청 및 결과내용저장 등을 순차적으로 판단하여 정비지침표시와 도움말표시 및 메모리저장들을 행하고 처음으로 복귀하도록 처리함을 특징으로 하는 기계장비용 고장진단 시스템이 공개된 적이 있었다.In order to solve this problem, Korean Patent Laid-Open Publication No. 1996-0018877 connects them between a known controller that processes various controls as an electrical signal and an electric device / hydraulic device, and converts various electric signals into digital signals. An intermediate module comprising a unit, a communication unit for communicating with the main body, a memory for storing the various controls and signals, a CPU for performing various processes, a screen for displaying results of various signals processed by the intermediate module, and an operator. It consists of a main body including a keyboard part for the fault diagnosis apparatus to recognize the intention of the device, outputs the modem selection menu screen, outputs the function item selection menu screen according to the instruction, and measures the function according to the selected function item. Output the result to the main body screen by judging, and determine the stop guide request, help request, and save the result contents in order. Trouble-shooting systems for machinery have been published that feature needle stitching, help indications, and memory stores to process and return to the beginning.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 기술로서, 본 발명의 목적은 오토인코더와 딥러닝모델이 내장된 인공신경망을 이용하여 기계장비의 부품의 고장 종류 및 원인을 정확하게 진단할 수 있는 오토인코더와 딥러닝을 이용한 기계 장비 고장 진단 장치를 제공하려는 것이다.The present invention provides a technique for solving the above problems, and an object of the present invention is to use an auto-encoder and an artificial neural network in which a deep learning model is built, and an auto-encoder capable of accurately diagnosing the type and cause of failure of a component of a mechanical equipment It is to provide a device diagnosis device using deep learning.
본 발명에 따른 오토인코더와 딥러닝을 이용한 기계 장비 고장 진단 장치는 기계장비의 다수 부품에서 발생하는 다수의 입력 데이터를 획득하여 저장하는 입력부(100); 및 상기 입력부(100)에서 이송된 다수의 입력 데이터를 특징맵으로 변환하는 오토인코더(210)와, 특징맵과 고장 진단 정보로 사전에 훈련이 이루어진 딥러닝모델부(220)와, 상기 딥러닝모델부(220)에 상기 특징맵을 입력하여 기계장비의 다수 부품에 대한 카테고리별 고장 확신 정도를 출력하는 출력부(230)를 포함하는 인공신경망(200);을 포함한다.Mechanical equipment failure diagnosis apparatus using the auto-encoder and deep learning according to the present invention includes an
또한, 상기 오토인코더(210)는 상기 입력부(100)에서 이송된 입력 데이터가 입력레이어로 변환되는 입력레이어부(211)와, 상기 입력레이어가 인코딩되어 특징맵을 가진 히든레이어로 압축되는 히든레이어부(212)와, 상기 히든레이어가 디코딩되어 출력레이어로 재구축되는 출력레이어부(213)를 포함한다.In addition, the
또한, 상기 오토인코더(210)는 상기 입력레이어와 출력레이어 간에 평균제곱근편차(Mean of Squared Error)가 최소화 되도록 연산 및 제어한다.In addition, the
또한, 상기 입력데이터는 기계장비의 다수 부품에서 발생하는 진동 주파수와 진동 스펙트럼을 포함한다.The input data also includes vibration frequencies and vibration spectra that occur in multiple components of the machine.
또한, 상기 입력데이터에 고장 진단 정보에 따른 결함 신호가 나타날 때까지 상기 입력데이터의 진동 스펙트럼 특정 구간을 점진적으로 필터링하는 대역통과필터(300); 및 상기 대역통과필터(300)에서 이송된 입력데이터의 진동 스펙트럼 변화 양상을 모델링하는 엔벨로프(400);를 더 포함한다.In addition, the
또한, 상기 인공신경망(200)은 상기 출력부(230)가 상기 고장 확신 정도를 소프트맥스 회귀 함수로 연산한 확률수치를 출력값으로 출력하며, 상기 출력값의 목표값을 설정하여 상기 출력값과 목표값 간에 오차를 경사하강법(Gradient Descent)으로 교정하는 교정부(240)를 포함한다.In addition, the artificial
또한, 상기 입력데이터는 기계장비의 다수 부품에 별도로 설치된 다수 센서에서 발생하는 데이터이다.In addition, the input data is data generated from a plurality of sensors separately installed in a plurality of parts of the mechanical equipment.
또한, 상기 입력데이터는 가속도센서의 데이터, 소음센서의 데이터, 빛센서의 데이터, 자이로센서의 데이터, 습도센서의 데이터, 자기센서의 데이터, 입력센서의 데이터, 압력센서의 데이터 및 온도센서의 데이터 중 적어도 하나 이상을 포함한다.The input data may include data of an acceleration sensor, data of a noise sensor, data of a light sensor, data of a gyro sensor, data of a humidity sensor, data of a magnetic sensor, data of an input sensor, data of a pressure sensor, and data of a temperature sensor. At least one of the.
이에 따라, 본 발명에 따른 오토인코더와 딥러닝을 이용한 기계 장비 고장 진단 장치는 오토인코더와 딥러닝모델이 내장된 인공신경망을 이용하여 기계장비의 부품의 고장 종류 및 원인을 정확하게 진단할 수 있는 장점이 있다.Accordingly, the mechanical equipment failure diagnosis apparatus using the auto encoder and the deep learning according to the present invention is an advantage that can accurately diagnose the failure type and cause of the components of the mechanical equipment by using an artificial neural network with the auto encoder and the deep learning model There is this.
도 1은 본 발명에 따른 오토인코더와 딥러닝을 이용한 기계 장비 고장 진단 장치를 나타낸 블록 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 오토인코더와 딥러닝을 이용한 기계 장비 고장 진단 장치의 기계장비의 고장 진단 과정을 나타낸 개략도.
도 3은 본 발명에 따른 오토인코더의 인코딩과정을 나타낸 개략도.
도 4는 본 발명에 따른 오토인코더와 딥러닝을 이용한 기계 장비 고장 진단 장치의 일 예를 나타낸 블록 구성도.
도 5는 본 발명에 따른 오토인코더와 딥러닝을 이용한 기계 장비 고장 진단 장치의 엔벨로핑의 일 예를 3차원으로 나열한 그래프.
도 6은 본 발명에 따른 오토인코더와 딥러닝을 이용한 기계 장비 고장 진단 장치의 입력데이터에 진동 주파수와 진동 스펙트럼을 입력된 상태의 가속 기계장비의 고장 진단 과정을 나타낸 개략도.
도 7는 본 발명에 따른 오토인코더와 딥러닝을 이용한 기계 장비 고장 진단 장치의 입력데이터에 다수 센서에서 발생하는 데이터가 입력된 상태의 가속 기계장비의 고장 진단 과정을 나타낸 개략도.1 is a block diagram showing an apparatus for diagnosing failure of a mechanical equipment using an auto encoder and deep learning according to the present invention.
Figure 2 is a schematic diagram showing a failure diagnosis process of the mechanical equipment of the mechanical equipment failure diagnosis apparatus using the auto encoder and deep learning in accordance with the present invention.
3 is a schematic diagram showing an encoding process of an autoencoder according to the present invention.
Figure 4 is a block diagram showing an example of an apparatus for diagnosing failure of mechanical equipment using the auto encoder and deep learning in accordance with the present invention.
FIG. 5 is a graph listing three examples of an envelope of an apparatus for diagnosing a failure of a mechanical equipment using an auto encoder and deep learning according to the present invention; FIG.
Figure 6 is a schematic diagram showing the failure diagnosis process of the acceleration machine equipment in the vibration frequency and vibration spectrum input to the input data of the mechanical equipment failure diagnosis apparatus using the auto-encoder and deep learning in accordance with the present invention.
Figure 7 is a schematic diagram showing a failure diagnosis process of the acceleration machine equipment in the state that the data generated from the multiple sensors to the input data of the mechanical equipment failure diagnosis apparatus using the auto encoder and deep learning according to the present invention.
이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the technical spirit of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.The accompanying drawings are only examples to illustrate the technical idea of the present invention in more detail, and thus the technical idea of the present invention is not limited to the forms of the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 오토인코더와 딥러닝을 이용한 기계 장비 고장 진단 장치를 나타낸 블록 구성도, 도 2는 본 발명에 따른 오토인코더와 딥러닝을 이용한 기계 장비 고장 진단 장치의 기계장비의 고장 진단 과정을 나타낸 개략도이다.1 is a block diagram showing a mechanical equipment failure diagnosis apparatus using an auto encoder and deep learning according to the present invention, Figure 2 is a failure diagnosis of the mechanical equipment of the mechanical equipment failure diagnosis apparatus using an auto encoder and deep learning according to the present invention Schematic diagram showing the process.
도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 오토인코더와 딥러닝을 이용한 기계 장비 고장 진단 장치는 입력부(100) 및 인공신경망(200)을 포함한다.As shown in FIGS. 1 and 2, the apparatus for diagnosing mechanical equipment failure using the auto encoder and the deep learning according to the present invention includes an
상기 입력부(100)는 인터페이스로서, 기계장비의 다수 부품에서 발생하는 다수의 입력 데이터가 입력될 수 있다. 이 때, 상기 입력 데이터는 시계열적으로 저장된다.The
상기 인공신경망(200)은 사전에 기계장비의 다수 부품에 대한 고장 진단 정보와 상기 입력 데이터의 특징이 추출된 특징맵을 학습 및 분석하여 기계장비의 다수 부품에 대한 카테고리별 고장 확신 정도를 출력하는 것으로, 오토인코더(210)와, 딥러닝모델부(220)와, 출력부(230)를 포함한다.The artificial
상기 오토인코더(210)는 상기 입력부(100)에서 이송된 다수의 입력 데이터를 특징맵으로 변환한다. 이 때, 상기 특징맵은 상기 입력 데이터의 특징을 추출한 것으로, 상기 입력 데이터를 필터가 순화하며 계산되는 합성곱으로 이루어진 행렬이며, 상기 입력 데이터보다 더 적은 수의 노드를 가지게 되나, 원래 값으로 복원할 수 있다.The
상기 딥러닝모델부(220)는 특징맵과 고장 진단 정보로 사전에 훈련이 이루어져서 상기 특징맵 중에서 기계장비의 다수 부품에 대한 카테고리별 고장 확신 정도가 잘 달성된 것을 스스로 찾아내게 된다.The deep
상기 출력부(230)는 상기 딥러닝모델부(220)에 상기 특징맵을 입력하여 상기 딥러닝모델부(220)로부터 기계장비의 다수 부품에 대한 카테고리별 고장 확신 정도를 출력한다.The
이에 따라, 본 발명에 따른 오토인코더와 딥러닝을 이용한 기계 장비 고장 진단 장치는 오토인코더(210)와 딥러닝모델이 내장된 인공신경망(200)을 이용하여 기계장비의 부품의 고장 종류 및 원인을 정확하게 진단할 수 있는 장점이 있다.Accordingly, the apparatus for diagnosing mechanical equipment failure using the auto encoder and the deep learning according to the present invention uses the auto-
도 3은 본 발명에 따른 오토인코더(210)의 인코딩과정을 나타낸 개략도이다.3 is a schematic diagram showing an encoding process of the
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 오토인코더(210)는 상기 입력부(100)에서 이송된 입력 데이터가 입력레이어로 변환되는 입력레이어부(211)와, 상기 입력레이어가 인코딩되어 특징맵을 가진 히든레이어로 압축되는 히든레이어부(212)와, 상기 히든레이어가 디코딩되어 출력레이어로 재구축되는 출력레이어부(213)를 포함할 수 있다.As shown in FIG. 3, the
좀 더 상세하게, 상기 오토인코더(210)는 상기 히든레이어를 이용하여 상기 입력데이터를 저차원으로 인코딩한 특징맵을 가진 히든레이어로 표현할수 있으며, 상기 출력레이어를 이용하여 상기 특징맵을 좀 더 다양하게 확장시켜서 디코딩한 출력레이어로 표현할 수 있다.In more detail, the
즉, 상기 오토인코더(210)는 상기 입력레이어를 히든레이어로 압축한 후, 상기 딥러닝모델부(220)에서 효율적인 분류를 위한 학습이 진행되는 것이다. 이 때, 상기 딥러닝모델부(220)는 상기 입력레이어와 출력레이어는 동일한데 상기 히든레이어의 특징맵에구성된 저차원의 노드를 활용하게 되므로 상기 입력데이터의 특징이 압축 되었다고 할 수 있다That is, the
한편, 상기 딥러닝모델부(220)는 상기 특징맵의 학습을 위해 입력레이어와 출력레이어의 쌍이 필요한데, 입력레이어를 벡터 , 목표(target) 데이터를 벡터 라고 할 때 를 쌍으로 정할 수 있으며 입력레이어와 출력레이어의 쌍을 충분하게 확보해야 한다.Meanwhile, the deep
한편, 상기 오토인코더(210)는 상기 입력레이어와 출력레이어 간에 평균제곱근편차(Mean of Squared Error)가 최소화 되도록 상기 평균제곱근편차(Mean of Squared Error)의 연산을 통해 상기 딥러닝모델부(220)를 제어할 수 있다. 상기 평균제곱근편차는 추정 값 또는 모델이 예측한 값과 실제 환경에서 관찰되는 값의 차이를 다룰 때 흔히 사용하는 측도이다.Meanwhile, the
도 4는 본 발명에 따른 오토인코더와 딥러닝을 이용한 기계 장비 고장 진단 장치의 일 예를 나타낸 블록 구성도이다.4 is a block diagram illustrating an example of an apparatus for diagnosing a failure of mechanical equipment using an auto encoder and deep learning according to the present invention.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 입력데이터는 기계장비의 다수 부품에서 발생하는 진동 주파수와 진동 스펙트럼을 포함할 수 있다.As shown in FIG. 4, the input data may include vibration frequencies and vibration spectra generated in multiple parts of the mechanical equipment.
이 때, 상기 오토인코더와 딥러닝을 이용한 기계 장비 고장 진단 장치는 대역통과필터(300)와, 엔벨로프(400)를 더 포함할 수 있다.In this case, the apparatus for diagnosing a failure of the mechanical equipment using the auto encoder and the deep learning may further include a
상기 대역통과필터(300)는 상기 입력데이터에 고장 진단 정보에 따른 결함 신호가 나타날 때까지 상기 입력데이터의 진동 스펙트럼 특정 구간을 점진적으로 필터링한다.The
상기 엔벨로프(400)는 상기 대역통과필터(300)에서 이송된 입력데이터의 진동 스펙트럼 변화 양상을 모델링한다.The
예를 들면, 베어링의 고장 진단을 위해 상기 대역통과필터(300)와 엔벨로프(400)를 적용하면, 상기 대역통과필터(300)와 엔벨로프(400)가 상기 베어링에서 획득하는 입력데이터인 진동 스펙트럼에서 결함 신호가 나타날때까지 진동 스펙트럼에서 원하지 않는 특정 부분을 점진적으로 필터링시킨다. 이러한 과정을 엔벨로핑이라고 한다.For example, when the
도 5는 본 발명에 따른 오토인코더와 딥러닝을 이용한 기계 장비 고장 진단 장치의 엔벨로핑의 일 예를 3차원으로 나열한 그래프이다.FIG. 5 is a graph illustrating an example of enveloping an apparatus for diagnosing a failure of a mechanical device using an auto encoder and deep learning according to the present invention in three dimensions.
도 5를 참조하면, 시간에 따른 엔벨로핑의 변화를 3차원적으로 나타낸 것으로서, 상기 딥러닝모델부에서 상기 특징맵 학습을 위한 데이터가 주파수 축의 범위 내에서 등간격의 진폭값으로 한정될 수 있다.Referring to FIG. 5, a three-dimensional change in envelope over time may be defined. In the deep learning model unit, data for learning the feature map may be limited to amplitude values at equal intervals within a range of a frequency axis. have.
도 6은 본 발명에 따른 오토인코더와 딥러닝을 이용한 기계 장비 고장 진단 장치의 입력데이터에 진동 주파수와 진동 스펙트럼을 입력된 상태의 가속 기계장비의 고장 진단 과정을 나타낸 개략도이다.FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a failure diagnosis process of an acceleration machine in a state in which a vibration frequency and a vibration spectrum are input to input data of a device failure diagnosis apparatus using an auto-encoder and deep learning according to the present invention.
도 6에 도시된 바와 같이, 상기 인공신경망(200)은 상기 출력부(230)가 상기 고장 진단 고장 정보의 카테고리별 고장 확신 정도를 소프트맥스 회귀 함수로 연산한 확률수치(도 6의 고장영향 탭)를 출력값으로 출력하며, 상기 출력값의 목표값을 설정하여 상기 출력값과 목표값 간에 오차를 경사하강법(Gradient Descent)으로 교정하는 교정부(240)를 포함할 수 있다.As shown in FIG. 6, the artificial
한편, 상기 고장 영향의 예로서는 베어링의 내륜결함, 외륜결함, 언밸런스, 기계적 헐거움, 미스얼라인먼트 등을 들 수 있으며, 상기 딥러닝모델부(220)에서 상기 특징맵의 특징추출 및 고장 분류 사전 학습이 끝난 후에는 새로운 입력데이터를 자동으로 분류할 수 있게 된다.On the other hand, examples of the effect of the failure is an inner ring defect, outer ring defect, unbalance, mechanical looseness, misalignment, etc. of the bearing, the feature learning and failure classification pre-learning of the feature map in the deep
도 7는 본 발명에 따른 오토인코더와 딥러닝을 이용한 기계 장비 고장 진단 장치의 입력데이터에 다수 센서에서 발생하는 데이터가 입력된 상태의 가속 기계장비의 고장 진단 과정을 나타낸 개략도이다.FIG. 7 is a schematic diagram illustrating a failure diagnosis process of an acceleration machine in a state in which data generated from a plurality of sensors is input to input data of a device failure diagnosis apparatus using an auto-encoder and deep learning.
도 7에 도시된 바와 같이 상기 입력데이터는 기계장비의 다수 부품에 별도로 설치된 다수 센서에서 발생하는 데이터이며, 상기 입력데이터는 가속도센서의 데이터, 소음센서의 데이터, 빛센서의 데이터, 자이로센서의 데이터, 습도센서의 데이터, 자기센서의 데이터, 입력센서의 데이터, 압력센서의 데이터 및 온도센서의 데이터 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.As shown in FIG. 7, the input data is data generated from a plurality of sensors separately installed on a plurality of components of a mechanical device. The input data is data of an acceleration sensor, data of a noise sensor, data of a light sensor, and data of a gyro sensor. , At least one of data of a humidity sensor, data of a magnetic sensor, data of an input sensor, data of a pressure sensor, and data of a temperature sensor.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.The present invention is not limited to the above-described embodiments, and the scope of application is not limited, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims.
100 : 입력부
200 : 인공신경망
210 : 오토인코더
211 : 입력레이어부
212 : 히든레이어부
213 : 출력레이어부
220 : 딥러닝모델부
230 : 출력부
240 : 교정부
300 : 대역통과필터
400 : 엔벨로프100: input unit
200: artificial neural network
210: Auto Encoder
211 input layer
212: hidden layer
213: output layer
220: deep learning model
230: output unit
240: correction unit
300: band pass filter
400: Envelope
Claims (8)
상기 입력데이터에 고장 진단 정보에 따른 결함 신호가 나타날 때까지 상기 입력데이터의 진동 스펙트럼 특정 구간을 점진적으로 필터링하는 대역통과필터(300);
상기 대역통과필터(300)에서 이송된 입력데이터의 진동 스펙트럼 변화 양상을 모델링하는 엔벨로프(400);
상기 입력부(100)에서 이송된 다수의 입력 데이터를 특징맵으로 변환하는 오토인코더(210)와, 상기 데이터 중 소정의 주파수 축의 범위내에서 등간격의 소정의 진폭값으로 한정한 특징맵과 고장 진단 정보로 사전에 훈련이 이루어진 딥러닝모델부(220)와, 상기 딥러닝모델부(220)에 상기 특징맵을 입력하여 기계장비의 다수 부품에 대한 카테고리별 고장 확신 정도를 출력하는 출력부(230)를 포함하는 인공신경망(200);을 포함하되,
상기 오토인코더(210)는
상기 입력부(100)에서 이송된 입력 데이터가 입력레이어로 변환되는 입력레이어부(211)와, 상기 입력레이어가 인코딩되어 특징맵을 가진 히든레이어로 압축되는 히든레이어부(212)와, 상기 히든레이어가 디코딩되어 출력레이어로 재구축되는 출력레이어부(213)를 포함하고,
상기 히든레이어부(212)는 4층 미만의 히든레이어로 이루어지며,
상기 입력레이어와 출력레이어 간에 평균제곱근편차(Mean of Squared Error)가 최소화 되도록 연산 및 제어하는 것을 특징으로 하는 오토인코더와 딥러닝을 이용한 기계 장비 고장 진단 장치.
An input unit 100 for acquiring and storing a plurality of input data including a vibration frequency and a vibration spectrum generated from a plurality of components of a mechanical device for rotating or linear motion;
A band pass filter 300 which gradually filters a vibration spectrum specific section of the input data until a defect signal according to the fault diagnosis information appears in the input data;
An envelope (400) for modeling a change in vibration spectrum of input data transferred from the band pass filter (300);
Auto encoder 210 for converting a plurality of input data transferred from the input unit 100 into a feature map, and feature map and fault diagnosis limited to predetermined amplitude values at equal intervals within a range of a predetermined frequency axis among the data. The deep learning model unit 220, which has been trained in advance with information, and the output unit 230 for inputting the feature map to the deep learning model unit 220 and outputting a degree of failure per category for a plurality of parts of the mechanical equipment. Artificial neural network (200) comprising;
The auto encoder 210 is
An input layer unit 211 in which the input data transferred from the input unit 100 is converted into an input layer, a hidden layer unit 212 which is encoded into a hidden layer having a feature map encoded therein, and the hidden layer An output layer unit 213 is decoded and reconstructed as an output layer,
The hidden layer unit 212 is made of a hidden layer of less than four layers,
An apparatus for diagnosing mechanical equipment failure using an auto-encoder and deep learning, characterized in that the calculation and control are performed to minimize a mean of squared error between the input layer and the output layer.
상기 출력부(230)가 상기 고장 확신 정도를 소프트맥스 회귀 함수로 연산한 확률수치를 출력값으로 출력하며,
상기 출력값의 목표값을 설정하여 상기 출력값과 목표값 간에 오차를 경사하강법(Gradient Descent)으로 교정하는 교정부(240)를 포함하는 오토인코더와 딥러닝을 이용한 기계 장비 고장 진단 장치.
According to claim 1, wherein the artificial neural network 200
The output unit 230 outputs a probability value calculated by the softmax regression function as the failure confidence level as an output value,
And a calibration unit (240) for setting a target value of the output value and correcting an error between the output value and the target value by a gradient descent method.
기계장비의 다수 부품에 별도로 설치된 다수 센서에서 발생하는 데이터인 오토인코더와 딥러닝을 이용한 기계 장비 고장 진단 장치.
The method of claim 1, wherein the input data is
Device failure diagnosis device using auto-encoder and deep learning, which are data generated from multiple sensors separately installed in multiple parts of mechanical equipment.
가속도센서의 데이터, 소음센서의 데이터, 빛센서의 데이터, 자이로센서의 데이터, 습도센서의 데이터, 자기센서의 데이터, 입력센서의 데이터, 압력센서의 데이터 및 온도센서의 데이터 중 적어도 하나 이상을 포함하는 오토인코더와 딥러닝을 이용한 기계 장비 고장 진단 장치.The method of claim 7, wherein the input data is
It includes at least one of acceleration sensor data, noise sensor data, light sensor data, gyro sensor data, humidity sensor data, magnetic sensor data, input sensor data, pressure sensor data and temperature sensor data. Mechanical equipment failure diagnosis device using auto encoder and deep learning.
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