KR102193381B1 - System and method for monitoring health of fan using machine learning - Google Patents

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Abstract

본 발명의 팬의 운전 건전성 평가 방법은, 가속도 데이터, 회전수 데이터, 음향 데이터를 이용하여 팬의 운전 상태에 대한 자료를 3개월 이상 시계열적으로 수집하는 단계, 상기 시계열 자료를 주파수 자료로 변환하는 단계, 상기 주파수 자료를 적절한 통계량으로 만들고, 일부 자료만을 특성 자료로 추출하는 단계, 상기 특성 자료를 RF 모델, k-NN 모델, 혹은 SVM 모델 중 하나 이상의 기계 학습 알고리즘을 이용하여 학습시키는 단계, 및 상기 학습 자료를 기초로 상기 운전 상태를 정상/비정상으로 평가하는 단계를 포함한다. 이와 같은 본 발명의 구성에 의하면, 최소한의 센서만을 사용하더라도 기계 학습을 이용함으로써, 신속하게 운전 상태를 판단할 수 있다.The method for evaluating the driving soundness of a fan of the present invention includes the steps of collecting data on the driving state of a fan in a time series for at least 3 months using acceleration data, rotation speed data, and acoustic data, and converting the time series data into frequency data. Step, making the frequency data into an appropriate statistic, extracting only some data as feature data, learning the feature data using one or more machine learning algorithms among RF models, k-NN models, and SVM models, and And evaluating the driving state as normal/abnormal based on the learning data. According to the configuration of the present invention, even if only a minimum number of sensors are used, the driving state can be quickly determined by using machine learning.

Description

기계 학습을 이용한 팬의 운전 건전성 평가 시스템 및 방법 {System and method for monitoring health of fan using machine learning}System and method for monitoring health of fan using machine learning

본 발명은, 팬(fan)에 대한 운전 건전성을 지능적으로 평가하는 시스템 및 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 관리자의 접근이 곤란하고, 센서에서 전송된 자료만을 토대로 운전 상태를 확인할 수 있는 소형 팬에 대하여 관리자의 경험에 구애받지 않고 신속하고 정확하게 운전 상태를 평가할 수 있도록 머신 런닝(machine learning)을 이용하되, 최소한의 센서만으로 자료를 수집하고, 더 나아가 그 중 일부 필요한 자료만을 특성 자료로 추출하여 머신 러닝에 이용하는 팬의 운전 건전성 평가 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a system and method for intelligently evaluating the driving soundness of a fan, and specifically, to a small fan that is difficult for an administrator to access and can check the driving status based only on data transmitted from a sensor. For this, machine learning is used to quickly and accurately evaluate the operation status without being restricted by the administrator's experience, but the data is collected with only a minimum of sensors, and furthermore, only some of the necessary data are extracted as characteristic data. It relates to a system and method for evaluating the driving soundness of a fan used for running.

통상적으로 팬(fan)은 다양한 분야에서 중요한 역할을 하고 있고, 상시 운용해야 하므로 운전 건전성을 평가하여 적절한 예방적 조치를 취하는 것이 매우 중요하다. In general, fans play an important role in various fields and must be operated at all times, so it is very important to evaluate the operational soundness and take appropriate preventive measures.

이러한 팬(fan)의 운전 상태를 평가하는 방법에는 크게 두 가지 시스템이 적용될 수 있다. 하나는 전문가 시스템(Expert System)이고, 다른 하나는 사례 기반 기계 학습 시스템(Case Based Machine Learning Inference System)이다. Two systems can be applied to the method of evaluating the operating state of the fan. One is an Expert System, and the other is a Case Based Machine Learning Inference System.

전문가 시스템은 팬 전문가에 의해 사전에 정해진 규칙(Rule)을 사용하여 팬의 운전 상태를 판단하는 시스템이다. The expert system is a system that judges the operating state of a fan using a rule set in advance by a fan expert.

이러한 전문가 시스템에 의하면, 다수의 센서에서 송출되는 자료나 영상 기기를 통해 전송되는 자료를 관리자가 직접 관찰하여 판단하기 때문에, 관리자의 경험과 숙련도에 좌우되어 일관성과 지속성이 부족하다. 특히 다수 센서 설치와 시스템 운용에 따른 비용 증가 및 효율성 저하가 우려된다.According to such an expert system, since a manager directly observes and judges data transmitted from multiple sensors or data transmitted through an imaging device, consistency and persistence are insufficient depending on the manager's experience and skill level. In particular, there is a concern about an increase in cost and a decrease in efficiency due to the installation of multiple sensors and system operation.

예컨대, 전문가 시스템에 의하면, 전문가 학습을 통하여 팬(fan)의 운전 상태를 2가지(가령, 정상/고장)로 판단한다고 할 때, x 방향 가속도 데이터, y 방향 가속도 데이터, 회전수 데이터, 음향 데이터 총 4개의 데이터를 이용한다고 가정하면, 전문가 시스템은, 수많은 경우가 존재하기 때문에 모든 경우마다 결과가 달라지는 모순이 있다. 그리고 2가지 운전 상태를 구분하기 위해서 무한개의 조건을 적용해야하기 때문에 현실적으로 구현이 불가능하다. For example, according to the expert system, when it is assumed that the driving state of the fan is determined as two (for example, normal/failure) through expert learning, acceleration data in the x direction, acceleration data in the y direction, rotation speed data, and acoustic data Assuming that a total of four data are used, the expert system has a contradiction that results are different in every case because there are numerous cases. And since infinite conditions must be applied to distinguish the two driving states, it is practically impossible to implement.

또한, 새로운 데이터에 적용성이 떨어지기 때문에 전문가 시스템은 운전의 상태를 판단하기에는 명확한 한계가 있다. In addition, since the applicability to new data is poor, the expert system has a clear limitation in determining the driving status.

KR 등록특허 10-1539067KR registered patent 10-1539067

따라서 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 팬(fan)에 관한 최소한의 물리적 정보(가령, 가속도, 회전수 혹은 음향 등)를 수집한 후 기계 학습을 이용하여 주어진 가속도 등으로 운전 상태를 추론하거나 판단할 수 있도록 머신 런닝 기법을 이용하는 팬의 운전 상태 건전성 평가 시스템 및 방법을 제공하는 것입니다.Therefore, the present invention was conceived to solve the problems of the prior art as described above, and the object of the present invention is after collecting minimum physical information (eg, acceleration, rotational speed, sound, etc.) about a fan. It is to provide a system and method for evaluating the operating condition health of a fan using machine running techniques so that the operation condition can be inferred or judged by a given acceleration using machine learning.

본 발명의 다른 목적은 자료를 수집하기 위하여 최소한의 센서를 이용하고, 수집된 자료를 지능적으로 평가하되, 팬(fan)의 운전 상태 중 비정상 상태를 기계적 결함과 그 밖의 이유로 나누어 판단하는 팬의 운전 상태 건전성 평가 시스템 및 방법을 제공하는 것입니다. Another object of the present invention is to use a minimum number of sensors to collect data, and to intelligently evaluate the collected data, but to determine the abnormal state of the fan operation state by dividing it with mechanical defects and other reasons. To provide health assessment systems and methods.

전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명의 팬의 운전 건전성 평가 시스템은, 팬의 가속도 데이터를 획득하는 가속도 센서, 상기 팬의 회전수 데이터를 획득하는 적외선 센서, 상기 팬의 음향 데이터를 획득하는 음향 센서, 상기 가속도 데이터, 상기 회전수 데이터, 및 상기 음향 데이터를 일정 기간 이상 수집하는 시계열 자료 수집부, 상기 시계열 자료를 주파수 자료로 변환하는 주파수 자료 변환부, 상기 주파수 자료 중 일부 통계 값만을 특성 자료로 추출하는 특성 자료 추출부, 상기 특성 자료를 학습시키는 자료 기계 학습부, 및 상기 학습 자료를 토대로 상기 팬의 운전 상태를 판단하는 운전 상태 판단부를 포함한다.According to a feature of the present invention for achieving the above object, the system for evaluating the driving soundness of a fan of the present invention includes an acceleration sensor that obtains acceleration data of a fan, an infrared sensor that obtains rotation speed data of the fan, the An acoustic sensor for acquiring sound data of a fan, a time series data collection unit collecting the acceleration data, the rotation speed data, and the sound data for a predetermined period of time or longer, a frequency data conversion unit converting the time series data into frequency data, the frequency And a characteristic data extracting unit for extracting only some statistical values of the data as characteristic data, a data machine learning unit for learning the characteristic data, and a driving state determination unit for determining an operating state of the fan based on the learning data.

본 발명의 다른 특징에 의하면, 본 발명의 팬의 운전 건전성 평가 방법은, 가속도 데이터, 회전수 데이터, 음향 데이터를 이용하여 팬의 운전 상태에 대한 자료를 3개월 이상 시계열적으로 수집하는 단계, 상기 시계열 자료를 푸리에 변환을 이용하여 주파수 자료로 변환하는 단계, 상기 주파수 자료를 적절한 통계량으로 만들고, 일부 자료만을 특성 자료로 추출하는 단계, 상기 특성 자료를 RF 모델, k-NN 모델, 혹은 SVM 모델 중 하나 이상의 기계 학습 알고리즘을 이용하여 학습시키는 단계, 및 상기 학습 자료를 기초로 상기 운전 상태를 정상/비정상으로 평가하는 단계를 포함한다.According to another feature of the present invention, the method for evaluating the driving soundness of a fan of the present invention includes the steps of collecting data on the driving state of the fan in time series for at least 3 months using acceleration data, rotation speed data, and sound data, the Converting time series data to frequency data using Fourier transform, making the frequency data an appropriate statistic, and extracting only some data as feature data, and extracting the feature data from an RF model, a k-NN model, or an SVM model. Learning using one or more machine learning algorithms, and evaluating the driving state as normal/abnormal based on the learning data.

위에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 구성에 의하면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.As described above, according to the configuration of the present invention, the following effects can be expected.

첫째, 기계 학습 시스템을 이용하여 팬(fan)의 운전 상태를 판단할 수 있기 때문에, 현장 관리자의 숙련도나 주관적 판단에 따라 진단 결과가 달라지는 모순되는 상황은 원천적으로 제거되고, 경험이 많은 전문가의 도움 없이도 실시간으로 팬(fan)의 운전 상태가 정상인지 비정상인지 알 수 있기 때문에 소비자의 편리성이 증대되는 작용효과가 기대된다.First, since the operation status of the fan can be determined using a machine learning system, contradictory situations in which the diagnosis result is changed according to the skill level or subjective judgment of the site manager are fundamentally eliminated, and the help of experienced experts. Even without it, it is possible to know in real time whether the fan is operating normally or abnormally, so the effect of increasing the convenience of consumers is expected.

둘째, 가속도 센서, 적외선 센서, 및 음향 센서만을 이용하여 팬(fan)의 운전 상태를 알 수 있기 때문에, 고가의 다수 센서나 영상 기기의 사용을 생략할 수 있어 경제적인 작용효과가 기대된다. Second, since the operation state of the fan can be known using only the acceleration sensor, the infrared sensor, and the acoustic sensor, it is possible to omit the use of a large number of expensive sensors or imaging devices, and an economical effect is expected.

셋째, 정상/비정상의 진단 결과를 나타내기 때문에, 진단에 따른 신속한 대처가 가능하고, 또한 비정상의 경우에도 팬(fan)의 기계적 장애 외의 환경적 요인에 의하여 정상적이지 않은 상태까지 판단할 수 있어, 정상 상태임에도 불구하고 비정상으로 판단하여 처리되는 불합리한 혼돈을 방지함으로써, 생산성이 증대되는 작용효과가 기대된다. Third, since it shows normal/abnormal diagnosis results, it is possible to quickly respond according to diagnosis, and even in the case of abnormality, it is possible to determine an abnormal state due to environmental factors other than mechanical failure of the fan. In spite of being in a normal state, it is expected to increase productivity by preventing unreasonable confusion that is judged as abnormal and processed.

특히, 관리자는 고도의 지식을 가지는 전문가일 필요가 없으며, 진단 결과를 이해하고 대처할 수 있는 정도의 지식을 가진 자면 충분하다.In particular, the manager does not need to be an expert with a high degree of knowledge, and a person with knowledge enough to understand and cope with the diagnosis result is sufficient.

도 1은 본 발명에 의한 팬의 운전 건전성 평가 시스템의 구성을 나타내는 블록도.
도 2는 본 발명에 의한 팬의 x 방향 가속도 주파수의 특성 자료로 사용되는 통계 값 테이블.
도 3은 본 발명에 의한 팬의 y 방향 가속 도 주파수의 특성 자료로 사용되는 통계 값 테이블.
도 4는 본 발명에 의한 팬의 음향 주파수의 특성 자료로 사용되는 통계 값 테이블.
도 5는 본 발명에 의한 팬의 운전 상태를 정상/비정상 2가지로 평가할 때, k-NN 모델의 성능 및 테스트 데이터 신뢰도를 나타내는 실험예.
도 6은 본 발명에 의한 팬의 운전 상태를 정상/비정상 2가지로 평가할 때, SVM 모델의 성능 및 테스트 데이터 신뢰도를 나타내는 실험예.
도 7은 본 발명에 의한 팬의 운전 상태를 정상/비정상 2가지로 평가할 때, RF 모델의 성능 및 테스트 데이터 신뢰도를 나타내는 실험예.
도 8은 본 발명에 의한 팬의 운전 상태를 정상/기계적 결함/기타 요인 3가지로 평가할 때, k-NN 모델의 성능 및 테스트 데이터 신뢰도를 나타내는 실험예.
도 9는 본 발명에 의한 팬의 운전 상태를 정상/기계적 결함/기타 요인 3가지로 평가할 때, SVM 모델의 성능 및 테스트 데이터 신뢰도를 나타내는 실험예.
도 10은 본 발명에 의한 팬의 운전 상태를 정상/기계적 결함/기타 요인 3가지로 평가할 때, RF 모델의 성능 및 테스트 데이터 신뢰도를 나타내는 실험예.
도 11은 본 발명에 의한 팬의 운전 건전성 평가 방법을 나타내는 순서도.
도 12는 본 발명에 의한 가속도 센서에 의하여 측정되는 정상/기계적 결함/기타 요인 별 팬의 x 방향 가속도 데이터의 그래프.
도 13은 본 발명에 의한 가속도 센서에 의하여 측정되는 정상/기계적 결함/기타 요인 별 팬의 y 방향 가속도 데이터의 그래프.
도 14는 본 발명에 의한 음향 센서에 의하여 측정되는 정상/기계적 결함/기타 요인 별 팬의 음향 데이터의 그래프.
도 15는 도 12의 주파수 변환된 그래프.
도 16은 도 13의 주파수 변환된 그래프.
도 17은 도 14의 주파수 변환된 그래프.
1 is a block diagram showing the configuration of a system for evaluating the operational soundness of a fan according to the present invention.
2 is a table of statistical values used as characteristic data of the acceleration frequency in the x direction of the fan according to the present invention.
3 is a table of statistical values used as characteristic data of the y-direction acceleration frequency of the fan according to the present invention.
4 is a table of statistical values used as characteristic data of the acoustic frequency of the fan according to the present invention.
5 is an experimental example showing the performance and test data reliability of the k-NN model when evaluating the operating state of the fan according to the present invention as two normal/abnormal.
6 is an experimental example showing the performance and test data reliability of the SVM model when evaluating the operating state of the fan according to the present invention as normal/abnormal two.
7 is an experimental example showing the performance of the RF model and the reliability of test data when evaluating the operating state of the fan according to the present invention as normal/abnormal two.
8 is an experimental example showing the performance of the k-NN model and reliability of test data when evaluating the operating state of the fan according to the present invention as three normal/mechanical defects/other factors.
9 is an experimental example showing the performance and test data reliability of the SVM model when evaluating the operating state of the fan according to the present invention as three normal / mechanical defect / other factors.
10 is an experimental example showing the performance of the RF model and the reliability of test data when evaluating the operating state of the fan according to the present invention as three normal/mechanical defects/other factors.
11 is a flow chart showing a method for evaluating the operational integrity of a fan according to the present invention.
12 is a graph of acceleration data in the x direction of the fan for each normal/mechanical defect/other factors measured by the acceleration sensor according to the present invention.
13 is a graph of acceleration data in the y direction of a fan for each normal/mechanical defect/other factors measured by the acceleration sensor according to the present invention.
14 is a graph of sound data of a fan for each normal/mechanical defect/other factors measured by the acoustic sensor according to the present invention.
15 is a graph of the frequency conversion of FIG. 12;
16 is a graph of frequency conversion of FIG. 13;
17 is a graph of frequency conversion of FIG. 14;

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해 질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려 주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 도면에서 층 및 영역들의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장된 것일 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention, and a method of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described below in detail together with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various forms different from each other, and only these embodiments make the disclosure of the present invention complete, and common knowledge in the technical field to which the present invention pertains. It is provided to completely inform the scope of the invention to the possessor, and the invention is only defined by the scope of the claims. In the drawings, the sizes and relative sizes of layers and regions may be exaggerated for clarity of description. The same reference numerals refer to the same components throughout the specification.

본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 개략도인 평면도 및 단면도를 참고하여 설명될 것이다. 따라서 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 따라서 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이고, 발명의 범주를 제한하기 위한 것은 아니다.Embodiments described in the present specification will be described with reference to a plan view and a cross-sectional view, which are ideal schematic diagrams of the present invention. Accordingly, the shape of the exemplary diagram may be modified by manufacturing technology and/or tolerance. Accordingly, embodiments of the present invention are not limited to the specific form shown, but also include a change in form generated according to the manufacturing process. Accordingly, the regions illustrated in the drawings have schematic properties, and the shapes of the regions illustrated in the drawings are intended to illustrate a specific shape of the region of the device, and are not intended to limit the scope of the invention.

본 발명에 의한 팬(fan)의 운전 건전성 평가 시스템은, 전자기기나 다양한 기계 시스템에서 냉각 및 환기의 목적으로 사용되는 팬의 운전 건전성을 지능을 가진 시스템으로 하여금 스스로 평가하여 비상시 신속한 조치를 취할 수 있도록 하는 기계 학습 방법을 정의한다. The system for evaluating the operational soundness of a fan according to the present invention allows an intelligent system to self-evaluate the operational soundness of a fan used for cooling and ventilation purposes in electronic devices or various mechanical systems to take quick action in an emergency. Define the machine learning method to enable.

본 발명의 운전 건전성 평가 대상은 팬(fan)에 관한 것이다. 팬(fan)은 환기나 냉각을 목적으로 회전 날개의 회전 운동에 의하여 기체를 압송하는 것으로, 원심 팬, 사류 팬, 축류 팬 등을 모두 포함한다. The object for evaluating the driving soundness of the present invention relates to a fan. A fan is used to convey gas by rotational motion of a rotating blade for ventilation or cooling, and includes all of a centrifugal fan, a four-flow fan, an axial fan, and the like.

특히, 본 발명은 소형 팬(mini fan)의 운전 건전성 평가에 실익이 더 크다. 가령, 소형 팬은 장치 내부에 있거나 접근이 곤란한 덕트에 탑재되기 때문에 장치를 뜯어보지 않는 한 관리자가 직접 확인하기 어렵고, 그 설치 개수가 용도에 따라 무한대에 이르기 때문에, 하나하나 관리자의 노력에 의하여 운전 상태를 확인하기 곤란하다. In particular, the present invention has a greater practical benefit in evaluating the operational soundness of a mini fan. For example, since small fans are mounted inside the device or in a duct that is difficult to access, it is difficult for the manager to check it directly unless the device is opened, and the number of installations is infinite depending on the purpose, so it is operated by the efforts of the manager one by one. It is difficult to check the condition.

여기서, 소형 팬은 컴퓨터의 쿨링 팬, 전자렌지의 환기 팬, 자동차의 송풍 팬 등 그 종류가 다양하며, 독립적으로 제작되어 부착되기도 하고 상기 장치 내에 일체로 설치되기도 한다.Here, there are various types of small fans, such as a cooling fan for a computer, a ventilation fan for a microwave oven, and a blower fan for a vehicle, and may be independently manufactured and attached, or may be installed integrally in the device.

본 발명은 운전 건전성 평가를 위한 고가의 센서나 영상 기기를 배제하고 최소한의 센서만을 사용한다. 만약 각 팬마다 다수의 센서나 영상기기를 설치해야 한다면 팬(fan) 관리 비용이 배로 증가할 것이다.The present invention excludes expensive sensors or imaging devices for driving soundness evaluation and uses only a minimum number of sensors. If multiple sensors or imaging devices have to be installed for each fan, the fan management cost will double.

이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 팬의 운전 건전성 평가 시스템의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, a preferred embodiment of a system for evaluating the operational soundness of a fan according to the present invention having the configuration as described above will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1을 참조하면, 본 발명에 의한 팬의 운전 건전성 평가 시스템(100)은, 팬의 가속도 데이터를 획득하고 후술하는 시계열 자료 수집부로 전송하는 가속도 센서(110), 팬의 회전수 데이터를 획득하고 시계열 자료 수집부로 전송하는 적외선 센서(120), 팬의 음향 데이터를 획득하고 시계열 자료 수집부로 전송하는 음향 센서(130), 가속도 데이터, 회전수 데이터, 및 음향 데이터를 적어도 소정 기간 동안 시계열적으로 수집하는 시계열 자료 수집부(140), 시계열 자료를 주파수 자료로 변환하는 주파수 자료 변환부(150), 주파수 자료 중 몇 개의 통계 값만을 특성 자료로 추출하는 특성 자료 추출부(160), 특성 자료를 학습시키는 자료 기계 학습부(170), 및 학습 자료를 토대로 정상 혹은 비정상의 운전 상태를 판단하는 운전 상태 판단부(180)를 포함한다. Referring to FIG. 1, the fan driving soundness evaluation system 100 according to the present invention acquires the acceleration sensor 110 that acquires the fan acceleration data and transmits it to a time series data collection unit to be described later, and the fan rotation speed data. Infrared sensor 120 transmitting to the time series data collection unit, the acoustic sensor 130 acquiring the sound data of the fan and transmitting it to the time series data collecting unit, acceleration data, rotational speed data, and acoustic data are collected in time series for at least a predetermined period A time series data collection unit 140 that converts time series data into frequency data, a frequency data conversion unit 150 that converts time series data into frequency data, a feature data extraction unit 160 that extracts only some statistical values of frequency data as feature data, and learns feature data It includes a machine learning unit 170 to be used, and a driving state determination unit 180 that determines a normal or abnormal driving state based on the learning data.

그 중 시계열 자료 수집부(140), 주파수 자료 변환부(150), 특성 자료 추출부(160), 자료 기계 학습부(170), 및 운전 상태 판단부(180)는 하나의 프로세서 내에 구비되어 일괄적으로 처리되거나 혹은 다수의 장치에 분리 설치되어 각 기능을 수행할 수 있다. 특히, 상기 프로세서는, 별도의 어플리케이션(APP)을 통해 전술한 기능을 지원할 수 있다.Among them, the time series data collection unit 140, the frequency data conversion unit 150, the characteristic data extraction unit 160, the data machine learning unit 170, and the driving state determination unit 180 are provided in one processor and collectively It can be processed separately or separately installed in multiple devices to perform each function. In particular, the processor may support the above-described functions through a separate application (APP).

그 밖에 통신부(192), 및 출력부(194)를 더 포함할 수 있다. 통신부(192)는, 각 센서(110, 120, 130)와 프로세서 혹은 프로세서와 외부 기기 사이의 통신을 수행하는 것으로, 무선 통신이나 유선 통신을 모두 포함한다. 가령, 유무선 통신을 통하여 운전 상태를 외부 기기에 전송할 수 있다. 출력부(194)는, 운전 건전성 평가 결과를 시청각 등의 방법으로 관리자나 관리 시스템에 알리는 디스플레이 혹은 스피커 등을 포함한다.In addition, a communication unit 192 and an output unit 194 may be further included. The communication unit 192 performs communication between the sensors 110, 120, and 130 and the processor or between the processor and an external device, and includes both wireless communication and wired communication. For example, the driving state can be transmitted to an external device through wired or wireless communication. The output unit 194 includes a display or speaker that informs the manager or the management system of the driving soundness evaluation result by a method such as audio-visual or the like.

이와 같이 프로세서는, 통신부(192)와 출력부(194) 등을 제어하고, 통신부(192)를 통해 상기 센서 등에서 획득한 각종 데이터를 연산 처리하고 통신부(192)나 출력부(194)를 통해 평가 결과를 관리자나 외부 기기에 제공할 수 있다.In this way, the processor controls the communication unit 192 and the output unit 194, etc., calculates and processes various data obtained from the sensor through the communication unit 192, and evaluates it through the communication unit 192 or the output unit 194. Results can be provided to an administrator or external device.

가속도 센서(110)는, 3축 가속도 센서가 사용될 수 있다. 가령, 수평면 내의 x 방향과 y 방향 그리고 수직면 내의 y 방향에서 가속도를 검출할 수 있다. 후술하겠지만, 그 중 사용되는 데이터는 수평면 내의 x 방향 가속도와 y 방향 가속도만을 포함할 수 있다. 가속도 센서(110)는, 압전 방식, 정전 용량 방식, 혹은 스트레인 게이지 방식을 구분하지 않고, 모두 사용 가능하다.As the acceleration sensor 110, a 3-axis acceleration sensor may be used. For example, acceleration can be detected in the x and y directions in the horizontal plane and in the y directions in the vertical plane. As will be described later, the data used may include only the x-direction acceleration and the y-direction acceleration in the horizontal plane. The acceleration sensor 110 may be used regardless of a piezoelectric type, a capacitive type, or a strain gauge type.

적외선 센서(120)는, 반드시 적외선에 제한되지 않고, 발광 소자와 수광 소자로 구성되는 광 센서를 포함할 수 있다. 가령, 발광 소자를 이용하여 적외선을 팬(fan)에 방사하고, 회전 날개를 통과하여 반사되는 적외선과 회전 날개에 의하여 차단되는 적외선을 수광 소자로 감지하며, 이를 일정 시간당 산출하여 팬의 회전수를 검출할 수 있다. The infrared sensor 120 is not necessarily limited to infrared light, and may include an optical sensor including a light emitting element and a light receiving element. For example, infrared rays are radiated to a fan using a light emitting element, infrared rays reflected through the rotating blades and infrared rays blocked by the rotating blades are sensed by a light receiving element, and the number of rotations of the fan is calculated per a certain time. Can be detected.

이때, 팬이 주변 장치에 설치되는 경우 각 센서는 팬에 직접 설치되거나 상기 주변 장치에 설치될 수 있다. 혹은 팬에 커버가 설치되는 경우, 센서는 커버에 설치될 수 있다. 특히 가속도 센서는 팬에 직접 설치될 수 있다. 반면, 적외선 센서나 음향 센서는 팬에 직접 설치될 필요는 없고, 그 주변에 설치될 수 있다.In this case, when the fan is installed in the peripheral device, each sensor may be directly installed on the fan or may be installed in the peripheral device. Alternatively, when a cover is installed on the fan, the sensor may be installed on the cover. In particular, the acceleration sensor can be installed directly on the fan. On the other hand, the infrared sensor or the acoustic sensor need not be installed directly on the fan, but may be installed around it.

음향 센서(130)는, 마이크로폰이 사용될 수 있다. 마이크로폰은 기계적인 진동을 전기적인 신호로 변환한다. 다만, 그 변환 방식에 따라 카본형과, 결정형, 코일형, 콘덴서형 등을 포함할 수 있다.As the acoustic sensor 130, a microphone may be used. The microphone converts mechanical vibrations into electrical signals. However, depending on the conversion method, a carbon type, a crystal type, a coil type, a condenser type, etc. may be included.

시계열 자료 수집부(140)는, 가속도 센서(110)로부터 가속도 데이터를 3개월(바람직하게는 6개월) 이상 시계열적으로 수집하고, 적외선 센서(120)로부터 회전수 데이터를 수집하며, 음향 센서(130)를 통하여 음향 데이터를 수집한다. The time series data collection unit 140 collects acceleration data from the acceleration sensor 110 in time series for 3 months (preferably 6 months) or more, collects rotation speed data from the infrared sensor 120, and the acoustic sensor ( 130) to collect sound data.

주파수 자료 변환부(150)는, 필터링과 푸리에 변환을 이용하여 시계열(time series data) 자료를 주파수 자료로 변환할 수 있다. The frequency data conversion unit 150 may convert time series data into frequency data using filtering and Fourier transform.

특성 자료 추출부(160)는, 자료 기계 학습부(170)에 사용될 특성 자료만을 추출한다. 가령, 팬(fan)의 운전 상태를 판단하기 위하여 필요한 대표적인 성분은 팬(fan)의 회전 속도일 것이다. 팬의 회전 속도가 규정 속도보다 고속(혹은 저속)이거나 회전수가 일정하지 않고 불규칙하게 증감하면 비정상적인 운전 상태를 나타낸다. 가령, 회전 날개가 회전축에 대하여 편심되거나 회전 날개가 손상되어 진동하며, 특히 회전 날개 주변의 공기압이 손실되어 와류가 형성되면 압력차로 인하여 비정상적인 운전을 하게 된다.The feature data extracting unit 160 extracts only feature data to be used in the data machine learning unit 170. For example, a representative component required to determine the operating state of the fan will be the rotational speed of the fan. If the fan rotation speed is higher (or lower) than the specified speed or the rotation speed is not constant and increases or decreases irregularly, it indicates an abnormal operation condition. For example, when the rotating blade is eccentric with respect to the rotating shaft or the rotating blade is damaged and vibrates, in particular, when a vortex is formed due to a loss of air pressure around the rotating blade, an abnormal operation is performed due to a pressure difference.

따라서 이러한 비정상적인 운전 상태를 알 수 있는 x 방향 가속도 주파수(도 2 참조), y 방향 가속도 주파수(도 3 참조), 음향 주파수(도 4 참조), 및 회전수를 특성 자료로 추출하고 이를 조합하여 운전 상태를 판단할 필요가 있다. Therefore, the acceleration frequency in the x direction (see Fig. 2), the acceleration frequency in the y direction (see Fig. 3), the acoustic frequency (see Fig. 4), and the number of revolutions are extracted as characteristic data and combined to drive the abnormal driving state. It is necessary to judge the condition.

자료 기계 학습부(170)는 기계 학습 알고리즘을 이용하여 추출된 특성 자료를 학습시킬 수 있다. 가령, 기계 학습 알고리즘은, 최근접 이웃(k-NN) 모델, 서포트 벡터 머신(Support Vector Machine: SVM) 모델, 랜덤 포레스트(Random Forest: RF) 모델 중 하나 이상을 포함할 수 있다. The data machine learning unit 170 may learn the extracted feature data using a machine learning algorithm. For example, the machine learning algorithm may include one or more of a nearest neighbor (k-NN) model, a support vector machine (SVM) model, and a random forest (RF) model.

특성 자료를 기계 학습 알고리즘에 입력하여 나온 결과에 대하여 신뢰성을 조사하여 본 결과 각 모델별로 차이가 있는 것을 확인할 수 있다.As a result of examining the reliability of the result obtained by inputting the characteristic data into the machine learning algorithm, it can be confirmed that there are differences for each model.

소형 팬(fan)의 운전 상태를 2가지 기준(정상/비정상)으로 구분하여 판단하였을 때, 그 판단 결과가 정상/비정상으로 나타낼 수 있는 모델별 성능 및 테스트 데이터의 신뢰도에 차이가 있는 것을 [표 1]과 같이 확인할 수 있다.When judging the operation status of a small fan by dividing it into two criteria (normal/abnormal), the result of the judgment shows that there is a difference in the reliability of the test data and the performance of each model that can be expressed as normal/abnormal. 1].

Figure 112019043104501-pat00001
Figure 112019043104501-pat00001

도 5를 참조하면, 최근접 이웃(k-NN) 모델의 성능은 88.137% 이고, 그 데이터 신뢰도는 88.9% 인 것을 확인할 수 있다. 또한, 도 6을 참조하면, 서포트 백터 머신(SVM) 모델의 성능은 65.676% 이고, 그 데이터 신뢰도는 66.7% 인 것을 확인할 수 있다. 반면, 도 7을 참조하면 랜덤 포레스트(RF) 모델의 성능은 97.805% 이고, 그 데이터 신뢰도는 94.4% 로서 비교적 정확한 것으로 확인된다. Referring to FIG. 5, it can be seen that the performance of the nearest neighbor (k-NN) model is 88.137%, and the data reliability is 88.9%. Further, referring to FIG. 6, it can be seen that the performance of the support vector machine (SVM) model is 65.676%, and the data reliability is 66.7%. On the other hand, referring to FIG. 7, the performance of the random forest (RF) model is 97.805%, and its data reliability is 94.4%, which is relatively accurate.

소형 팬(fan)의 운전 상태를 3가지 기준(정상, 기계적 결함, 기타 요인)으로 구분하여 판단하였을 때도 마찬가지이다. 그 판단 결과가 정상, 기계적 결함, 기타 요인으로 나타낼 수 있는 모델별 성능 및 테스트 데이터의 신뢰도에 2가지 기준보다 더 큰 차이가 있는 것을 [표 2]와 같이 확인할 수 있다.The same is true when judging the operating state of a small fan by dividing it into three criteria (normal, mechanical defect, and other factors). As shown in [Table 2], there is a greater difference than the two criteria in the performance of each model and the reliability of test data, which can be expressed as normal, mechanical defects, and other factors.

Figure 112019043104501-pat00002
Figure 112019043104501-pat00002

도 8을 참조하면, 최근접 이웃(k-NN) 모델의 성능은 84.294% 이고, 그 데이터 신뢰도는 83.9% 인 것을 확인할 수 있다. 또한, 도 9를 참조하면, 서포트 백터 머신(SVM) 모델의 성능은 50.134% 이고, 그 데이터 신뢰도는 50.0% 인 것을 확인할 수 있다. 반면, 도 10을 참조하면 랜덤 포레스트(RF) 모델의 성능은 97.391% 이고, 그 데이터 신뢰도는 91.1% 로서 비교적 정확한 것으로 확인된다. Referring to FIG. 8, it can be seen that the performance of the nearest neighbor (k-NN) model is 84.294%, and the data reliability is 83.9%. Further, referring to FIG. 9, it can be seen that the performance of the support vector machine (SVM) model is 50.134%, and the data reliability is 50.0%. On the other hand, referring to FIG. 10, the performance of the random forest (RF) model is 97.391%, and the data reliability is 91.1%, which is relatively accurate.

다만, 전체적인 성능이나 신뢰도면에서 2가지 기준보다 3가지 기준으로 판단 결과를 예측하는 것이 보다 복잡하고 성능이 저하되는 점을 알 수 있다.However, in terms of overall performance or reliability, it can be seen that it is more complicated to predict the determination result with three criteria than with two criteria, and performance is degraded.

이와 같이 운전 상태 판단부(180)는, 소형 팬(fan) 운전 상태를 정상/비정상으로 판단할 수 있다. As described above, the driving state determination unit 180 may determine the driving state of the small fan as normal/abnormal.

또한, 운전 상태 판단부(180)는, 소형 팬의 운전 상태를 정상/기계적 결함/기타 요인으로 평가하는 단계를 포함한다. 여기서 기타 요인은 기계적 결함은 아니지만 환경적 요인 등에 의하여 정상적이지 않은 상태를 정의한다. 가령, 소형 팬의 주변에서 팬의 회전을 방해할만한 압력이 형성(가령, 팬 주위에서 바람이 부는 경우)되는 경우를 포함할 수 있다.In addition, the operation state determination unit 180 includes evaluating the operation state of the small fan as a normal/mechanical defect/other factor. Here, other factors are not mechanical defects, but an abnormal condition is defined due to environmental factors. For example, this may include a case in which pressure is formed around the small fan to hinder the rotation of the fan (eg, when wind blows around the fan).

예컨대, 팬(fan)의 회전 날개 후방에 예상치 않은 외부 바람이 불어오는 경우 순간 회전 날개의 회전 속도 및 회전수는 증가할 것이고, 반대로 전방에 바람이 불어오는 경우 회전 속도 및 회전수가 감소할 것이기 때문에 팬(fan)의 기계적 장애가 없음에도 비정상 운전 상태로 판단될 수 있다. For example, if unexpected external wind blows behind the fan's rotating blade, the rotational speed and rotational speed of the instantaneous rotating blade will increase, and conversely, if the wind blows in the front, the rotational speed and rotational speed will decrease. Even though there is no mechanical failure of the fan, it can be determined as an abnormal operation state.

따라서 다소 판단이 복잡할 수 있으나, 본 발명의 실시예에서와 같이, 기계적 장애 외의 환경적 요인에 의하여 운전 상태가 일시 변경될 수 있다는 것으로 분석될 수 있기 때문에 이를 고장으로 오인하여 정상적인 팬(fan)을 교체하는 오류를 피할 수 있다. 가령, 전후방에서 바람이 불어오는 경우 y 축 방향 가속도에서 변화가 발생하지만, x 방향 가속도에서 변화가 발생하지 않기 때문에 기타 음향 데이터를 종합하여 기계적 고장이 아닌 일시적인 사용 장애라는 것을 판단할 수 있다.Therefore, the determination may be somewhat complicated, but as in the embodiment of the present invention, since it can be analyzed that the operating state may be temporarily changed due to environmental factors other than mechanical failure, this is mistaken as a failure and a normal fan You can avoid the error of replacing. For example, when wind blows from the front and rear, a change occurs in the acceleration in the y-axis direction, but there is no change in the acceleration in the x direction, so other acoustic data can be synthesized to determine that it is a temporary malfunction rather than a mechanical failure.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 의한 팬(fan)의 운전 건전성 평가 방법을 설명한다.Hereinafter, a method for evaluating the operational soundness of a fan according to the present invention will be described with reference to the drawings.

도 11을 참조하면, 본 발명에 의한 팬의 운전 건전성 평가 방법은, 가속도 데이터, 회전수 데이터, 음향 데이터를 이용하여 팬(fan)의 운전 상태에 대한 자료를 최소 3개월 이상 시계열적으로 수집하는 단계(S110), 상기 시계열 자료를 주파수 자료로 변환하는 단계(S120), 상기 주파수 자료를 적절한 통계량으로 만들어 본 발명의 지능 시스템에서 사용할 특성 자료로 추출하는 단계(S130), 상기 특성 자료를 RF 모델, k-NN 모델, 및 SVM 모델 중 하나 이상의 기계 학습 알고리즘을 이용하여 학습시키는 단계(S140), 및 상기 학습 자료를 기초로 상기 운전 상태를 정상/비정상으로 평가하는 단계(S150)를 포함한다. 혹은 상기 운전 상태를 정상/기계적 결함/기타 요인으로 평가할 수 있다.Referring to FIG. 11, the method for evaluating the driving soundness of a fan according to the present invention is to collect data on the driving state of a fan in time series for at least 3 months using acceleration data, rotation speed data, and sound data. Step (S110), converting the time series data into frequency data (S120), extracting the frequency data as characteristic data to be used in the intelligent system of the present invention (S130) by making the frequency data into an appropriate statistic, the characteristic data into an RF model , k-NN model, and SVM model learning using one or more machine learning algorithms (S140), and evaluating the driving state as normal/abnormal based on the learning data (S150). Alternatively, the operating state can be evaluated as normal/mechanical defect/other factors.

상기 시계열 자료는, 가속도 데이터(가령, 도 12의 x 방향 가속도 데이터, 및 도 13의 y 방향 가속도 데이터를 포함), 회전수 데이터, 및 음향 데이터(도 14 참조)를 포함할 수 있다.The time series data may include acceleration data (eg, acceleration data in the x direction of FIG. 12 and acceleration data in the y direction of FIG. 13 ), rotation speed data, and sound data (see FIG. 14 ).

상기 x 방향 가속도 데이터는 팬의 회전축을 기준으로 좌우 방향에서 작용하는 특성 요인을 나타낸다. 가령, 모터 회전축의 이상이나 회전 날개의 하자로 인하여 팬(fan)의 좌우 방향 회전 능력에 변경이 있는 경우 측정된 x 방향 가속도 데이터에 변화가 있게 된다.The x-direction acceleration data represents a characteristic factor acting in the left-right direction based on the rotation axis of the fan. For example, when there is a change in the left-right rotation capability of the fan due to an abnormality in the motor rotation shaft or a defect in the rotation blade, there is a change in the measured x-direction acceleration data.

상기 y 방향 가속도 데이터는 팬의 회전축을 기준으로 전후 방향에서 작용하는 특성 요인을 나타낸다. 가령, 모터 회전축의 이상이나 회전 날개의 하자로 인하여 전후 방향에서 진동이 발생하는 등 전후 방향 회전 상태에 변경이 있는 경우 측정된 y 방향 가속도 데이터에 변화가 있게 된다.The y-direction acceleration data represents a characteristic factor acting in the front-rear direction with respect to the rotation axis of the fan. For example, if there is a change in the forward/backward rotational state, such as vibration in the front-rear direction due to an abnormality in the motor rotation shaft or a defect in the rotating blade, there is a change in the measured y-direction acceleration data.

상기 z 방향 가속도 데이터를 통하여 상하 방향의 진동 기타 장애 요인을 파악할 수 있지만, 상하 방향의 변화는 좌우 방향의 변화를 수반하기 때문에, 본 실시예에서는 x 방향 가속도 데이터를 통해서 특성 요인을 판단하기로 한다. Vibration and other obstacles in the vertical direction can be grasped through the z-direction acceleration data, but since the change in the vertical direction accompanies a change in the left and right directions, in this embodiment, a characteristic factor is determined based on the x-direction acceleration data. .

전술한 시계열 자료는 전문가 학습에 의하여 정상/비정상, 혹은 정상/기계적 결함/기타 요인으로 판단되는데, 판단 자체가 매우 주관적이기 때문에 전문가의 경험 정도에 따라 판단 결과가 달라질 수 있다.The above-described time series data are judged as normal/abnormal, or normal/mechanical defects/other factors by expert learning. Since the judgment itself is very subjective, the judgment result may vary depending on the level of experience of the expert.

따라서 본 발명의 실시예에 의하면, 이러한 시계열 자료는 주파수 자료로 변환되어 기계 학습에 이용되고, 팬의 운전 건전성 평가 시스템(100)에 의하여 객관적으로 판단될 수 있다.Accordingly, according to an exemplary embodiment of the present invention, such time series data is converted into frequency data and used for machine learning, and can be objectively determined by the fan driving soundness evaluation system 100.

예컨대, 전술한 시계열 자료는 주파수 변환을 통하여 도 12의 x 방향 가속도 데이터는 도 15의 x 방향 가속도 주파수 자료로 변환되고, 도 13의 y 방향 가속도 데이터는 도 16의 y 방향 가속도 주파수 자료로 변환되며, 도 14의 음향 데이터는 도 17의 음향 주파수 자료로 변환되어 기계 학습될 수 있다.For example, the above-described time series data is converted to the x-direction acceleration data of FIG. 12 through frequency conversion, and the y-direction acceleration data of FIG. 13 to the y-direction acceleration frequency data of FIG. , The acoustic data of FIG. 14 may be converted into the acoustic frequency data of FIG. 17 to be machine learned.

상기 특성 자료 중 가속도 센서(110)에 의하여 측정되고 변환되는 x 방향 가속도 주파수 자료는 도 2에 도시된 바와 같이, x-mean(자료의 평균값), x-std(자료의 표준편차), x-min(자료의 최소값), x-max(자료의 최대값), x-median(자료의 중앙값), x-1q(자료의 1 사분위수), x-3q(자료의 3 사분위수), x-fmax(진폭이 최대일 때 주파수)을 포함할 수 있다.Among the characteristic data, the x-direction acceleration frequency data measured and converted by the acceleration sensor 110 is x-mean (average value of data), x-std (standard deviation of data), and x- min (minimum value of data), x-max (maximum value of data), x-median (median value of data), x-1q (1 quartile of data), x-3q (3 quartile of data), x- It may include fmax (frequency when amplitude is at maximum).

상기 특성 자료 중 가속도 센서(110)에 의하여 측정되고 변환되는 y 방향 가속도 주파수 자료는 도 3에 도시된 바와 같이, y-mean(자료의 평균값), y-std(자료의 표준편차), y-min(자료의 최소값), y-max(자료의 최대값), y-median(자료의 중앙값), y-1q(자료의 1 사분위수), y-3q(자료의 3 사분위수), y-fmax(진폭이 최대일 때 주파수)을 포함하는 를 포함할 수 있다.Of the characteristic data, the y-direction acceleration frequency data measured and converted by the acceleration sensor 110 is y-mean (average value of data), y-std (standard deviation of data), y- min (minimum value of data), y-max (maximum value of data), y-median (median value of data), y-1q (1 quartile of data), y-3q (third quartile of data), y- may contain fmax (frequency when the amplitude is at maximum).

상기 특성 자료 중 마이크로폰(130)에 의하여 측정되고 변환되는 음향 주파수 자료는, 도 4에 도시된 바와 같이 s-mean(자료의 평균값), s-std(자료의 표준편차), s-min(자료의 최소값), s-max(자료의 최대값), s-median(자료의 중앙값), s-1q(자료의 1 사분위수), s-3q(자료의 3 사분위수), s-fmax(진폭이 최대일 때 주파수)을 포함할 수 있다.Among the characteristic data, the acoustic frequency data measured and converted by the microphone 130 are s-mean (average value of data), s-std (standard deviation of data), s-min (data), as shown in FIG. Minimum value of), s-max (maximum value of data), s-median (median value of data), s-1q (1 quartile of data), s-3q (three quartile of data), s-fmax (amplitude When this is the maximum, the frequency) can be included.

본 발명의 실시예에서는 각 특성 자료의 통계 값은 자료의 평균값과 표준편차 외에도 자료의 최소값, 최대값, 중앙값, 1 및 3 사분위수, 최대 진폭의 주파수를 특성 자료로 사용함으로써, 결과의 신뢰도가 높고, 특히 기계적 결함과 환경적 요인에 의한 결과 구분이 용이하고 데이터의 정확도가 높아질 수 있다.In an embodiment of the present invention, the statistical value of each characteristic data is obtained by using the minimum, maximum, median, 1 and 3 quartiles, and frequencies of the maximum amplitude as characteristic data in addition to the average value and standard deviation of the data. High, in particular, it is easy to distinguish results due to mechanical defects and environmental factors, and data accuracy can be improved.

마지막으로, 상기 특성 자료는, 적외선 센서(120)에서 측정되고, 변환된 회전수 값 자료를 포함한다.Finally, the characteristic data includes the data of the rotation speed measured by the infrared sensor 120 and converted.

이와 같이, 특히 소형 팬이 없다면 전자기기나 각종 기계 시스템이 동작할 수 없을 정도로 중요한 역할을 하고 있음에도 불구하고 크기나 장착 위치에 따라서 관리자가 직접 접근하기가 어려워 운전 상태를 관리 감독하기가 쉽지 않았지만, 본 발명에서는 최소한의 센서만을 사용하여 기계학습을 구현하여 소형 팬의 운전 건전성을 지능적으로 감시할 수 있기 때문에, 팬 관리 생산성 증진과 함께 대폭적인 경비 절감이 예상된다.In this way, even though electronic devices and various mechanical systems cannot operate without a small fan, it is difficult for the manager to directly access depending on the size or mounting location, making it difficult to manage and supervise the operation status. In the present invention, since machine learning can be implemented using only a minimum number of sensors to intelligently monitor the operating soundness of a small fan, it is expected to increase fan management productivity and significantly reduce cost.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 다양한 기기나 시설에서 냉각 혹은 환기 등 공기정화 기능을 수행하는 소형 팬의 고장 유무를 사전에 예방하도록, 일부 센서와 음향 자료만을 이용하여 신속하게 운전 상태를 판단하도록 랜덤 포레스트(RF) 모델을 이용하는 구성을 기술적 사상으로 하고 있음을 알 수 있다. 이와 같은 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능할 것이다.As described above, the present invention is to quickly determine the operating state using only some sensors and sound data to prevent in advance the presence or absence of failure of a small fan that performs an air purification function such as cooling or ventilation in various devices or facilities. It can be seen that the configuration using the random forest (RF) model is a technical idea. Within the scope of the basic technical idea of the present invention, many other modifications may be made to those of ordinary skill in the art.

100: 팬의 운전 건전성 평가 시스템
110: 가속도 센서
120: 적외선 센서
130: 음향 센서
140: 시계열 자료 수집부
150: 주파수 자료 변환부
160: 특성 자료 추출부
170: 자료 기계 학습부
180: 운전 상태 판단부
100: fan operation soundness evaluation system
110: acceleration sensor
120: infrared sensor
130: acoustic sensor
140: time series data collection unit
150: frequency data conversion unit
160: characteristic data extraction unit
170: Materials Machine Learning Department
180: driving state determination unit

Claims (15)

팬의 가속도 데이터를 획득하는 가속도 센서;
상기 팬의 회전수 데이터를 획득하는 적외선 센서;
상기 팬의 음향 데이터를 획득하는 음향 센서;
상기 가속도 데이터, 상기 회전수 데이터, 및 상기 음향 데이터를 일정 기간 이상 수집하는 시계열 자료 수집부;
상기 시계열 자료를 주파수 자료로 변환하는 주파수 자료 변환부;
상기 주파수 자료 중 일부 통계 값인, 평균값, 표준편차, 최소값, 최대값, 중앙값, 1 사분위수, 3 사분위수 및 최대 진폭의 주파수를 특성 자료로서 추출하는 특성 자료 추출부;
상기 특성 자료를 학습시키는 자료 기계 학습부; 및
상기 학습 자료를 토대로 상기 팬의 운전 상태를 정상 또는 기계적 결함 또는 환경적 요인으로 구분하여 판단하는 운전 상태 판단부를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 팬의 운전 건전성 평가 시스템.
An acceleration sensor that acquires acceleration data of the fan;
An infrared sensor that acquires the rotation speed data of the fan;
An acoustic sensor for acquiring acoustic data of the fan;
A time series data collection unit collecting the acceleration data, the rotation speed data, and the sound data for a predetermined period or more;
A frequency data conversion unit converting the time series data into frequency data;
A characteristic data extracting unit for extracting, as characteristic data, frequencies of some statistical values of the frequency data, such as average value, standard deviation, minimum value, maximum value, median value, 1 quartile, 3 quartile, and maximum amplitude;
A data machine learning unit for learning the characteristic data; And
And a driving state determination unit configured to determine the driving state of the fan by dividing it into normal or mechanical defects or environmental factors based on the learning data.
제 1 항에 있어서,
상기 시계열 자료 수집부, 상기 주파수 자료 변환부, 상기 특성 자료 추출부, 상기 자료 기계 학습부, 및 상기 운전 상태 판단부는 하나의 프로세서 내에서 동작되며,
상기 프로세서는 상기 가속도 데이터, 상기 회전수 데이터, 및 상기 음향 데이터를 연산 처리하고, 출력부를 제어하여 상기 운전 상태를 디스플레이하거나 통신부를 제어하여 외부 기기와 통신을 수행하고 상기 운전 상태를 상기 외부 기기로 전송하는 것을 특징으로 하는 팬의 운전 건전성 평가 시스템.
The method of claim 1,
The time series data collection unit, the frequency data conversion unit, the characteristic data extraction unit, the data machine learning unit, and the driving state determination unit are operated within one processor,
The processor calculates and processes the acceleration data, the rotation speed data, and the sound data, and controls an output unit to display the driving state, or controls a communication unit to communicate with an external device, and transfer the driving state to the external device. Fan operation soundness evaluation system, characterized in that for transmitting.
제 1 항에 있어서,
상기 특성 자료 추출부는, x 방향 가속도 주파수, y 방향 가속도 주파수, 음향 주파수, 및 회전수를 특성 자료로 추출하는 것을 특징으로 하는 팬의 운전 건전성 평가 시스템.
The method of claim 1,
The characteristic data extracting unit extracts an x-direction acceleration frequency, a y-direction acceleration frequency, an acoustic frequency, and a rotation speed as characteristic data.
제 1 항에 있어서,
상기 자료 기계 학습부는 랜덤 포레스트(RF) 모델을 이용하여 기계 학습하는 것을 특징으로 하는 팬의 운전 건전성 평가 시스템.
The method of claim 1,
The system for evaluating the driving soundness of a fan, wherein the data machine learning unit performs machine learning using a random forest (RF) model.
삭제delete 가속도 데이터, 회전수 데이터, 음향 데이터를 이용하여 팬의 운전 상태에 대한 자료를 3개월 이상 시계열적으로 수집하는 단계;
상기 시계열 자료를 주파수 자료로 변환하는 단계;
상기 주파수 자료의 평균값, 표준편차, 최소값, 최대값, 중앙값, 1 사분위수, 3 사분위수 및 최대 진폭의 주파수를 특성 자료로 추출하는 단계;
상기 특성 자료를 RF 모델, k-NN 모델, 혹은 SVM 모델 중 하나 이상의 기계 학습 알고리즘을 이용하여 학습시키는 단계; 및
상기 학습 자료를 기초로 상기 운전 상태를 정상 또는 기계적 결함 또는 환경적 요인으로 구분하여 판단하는 단계를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 팬의 운전 건전성 평가 방법.
Collecting data on the driving state of the fan in time series for at least 3 months using acceleration data, rotation speed data, and sound data;
Converting the time series data into frequency data;
Extracting the average, standard deviation, minimum, maximum, median, 1 quartile, 3 quartile, and maximum amplitude frequencies of the frequency data as characteristic data;
Training the characteristic data using one or more machine learning algorithms of an RF model, a k-NN model, or an SVM model; And
And determining the driving state by dividing the driving state into normal or mechanical defects or environmental factors based on the learning data.
제 6 항에 있어서,
상기 시계열 자료는, 가속도 데이터, 회전수 데이터, 및 음향 데이터를 포함하고,
상기 주파수 자료는, x 방향 가속도 주파수 자료, y 방향 가속도 주파수 자료, 음향 주파수 자료, 및 회전수 자료를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 팬의 운전 건전성 평가 방법.
The method of claim 6,
The time series data includes acceleration data, rotation speed data, and sound data,
The frequency data is an x-direction acceleration frequency data, y-direction acceleration frequency data, acoustic frequency data, and rotational speed data.
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