KR102348387B1 - 회전체 건전성 평가 시스템 및 방법 - Google Patents

회전체 건전성 평가 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 회전체 건전성 평가 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 본 발명의 목적은 회전체가 구성된 기계장치가 놓인 배치 및 환경에 따라 회전체에 다양하게 가해지는 축 방향 하중 및 회전체 반경 방향 하중, 회전체 속도 등의 구동조건을 고려하여 회전체의 건전성을 평가하는 회전체 건전성 평가 시스템 및 방법에 관한 것이다.

Description

회전체 건전성 평가 시스템 및 방법{Rotating body health evaluation system and method thereof}
본 발명은 회전체 건전성 평가 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 회전체에 가해지는 다양한 구동조건을 고려하여 회전체의 건전성을 평가하는 회전체 건전성 평가 시스템 및 방법에 관한 것이다.
베어링(Bearing) 등과 같은 회전체는 기계장치의 필수 구성 요소로, 고장이 발생하는 경우 유지보수 비용이 많이 들고 긴 시간 동안 기계장치의 작동을 중단시킬 수 있는 중요한 구성 요소 중 하나이다.
이를 방지하기 위해 현재 유효 상태를 반영하는 정확한 건전성 표시자(Health Indicator: HI)를 설정하여 남은 유효 수명(Remaining Useful Life: RUL)을 안정적으로 예측하는 예측 및 건전성 관리(Prognostics and Health Management: PHM) 시스템이 개발되어 적용되고 있다.
상기 PHM 시스템은 센서를 사용하여 특징을 추출하고 진단을 수행하여 건전성을 평가하기 위한 진단 및 남은 유효 수명을 예측한다.
통상적으로 회전체에 대한 대부분의 건전성 평가 및 남은 수명은 지속적이고 동일한 구동조건 하에서 수행된다. 그러나 실제로 회전체는 회전 속도 및 하중과 같은 다양한 구동조건에서 작동한다.
상술한 바와 같이 회전체의 건전성을 평가하는 종래 PHM 시스템은 동일한 구동조건 하에서만 평가되므로 실질적으로 다양한 구동조건이 발생하는 실제 상황에 놓인 회전체의 건전성 및 남은 수명을 정확하게 판단할 수 없는 문제점이 있다.
따라서 다양한 구동조건 하에서 회전체의 건전성 및 남은 수명을 판단할 수 있는 회전체 건전성 평가 시스템의 개발이 요구되고 있다.
대한민국 공개특허 제10-2017-0087092호(2017.07.28.공개)
따라서 본 발명의 목적은 회전체가 구성된 기계장치가 놓인 배치 및 환경에 따라 회전체에 다양하게 가해지는 축 방향 하중 및 회전체 반경 방향 하중, 회전체 속도 등의 구동조건을 고려하여 회전체의 건전성을 평가하는 회전체 건전성 평가 시스템 및 방법을 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 회전체 건전성 평가 시스템은: 회전체의 회전 시 회전체에서 발생되는 진동을 측정하여 진동신호를 출력하는 회전체 진동측정부를 포함하는 회전체 상태측정부; 상기 회전체의 회전 시 회전체에 가변적으로 인가되는 하중 및 속도를 포함하는 구동조건을 측정하는 회전체 구동조건 측정부를 포함하는 구동조건 처리부; 및 가변적으로 인가되는 구동조건이 반영되는 상기 회전체에 대해 상기 회전체 상태측정부로부터 측정되는 진동신호로부터 상기 가변적인 구동조건에 따른 군집모드를 식별하여 복수의 특징을 추출하고, 상기 구동조건이 반영된 상기 복수의 특징에 근거하여 상기 회전체의 건전성을 평가하는 제어모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어모듈은, 상기 회전체와 동일 종류인 회전체에 대한 가변적인 구동조건에서 상기 회전체의 고장 시까지 획득한 진동데이터를 데이터세트로 저장하는 데이터세트 DB 및 상기 가변적인 구동조건에 대한 사이클별 구동조건 정보 및 추출된 사이클별 군집모드 정보를 저장하는 구동조건 DB 및 회전체에 대한 사이클별 건전성 표시자로 구성되는 기준 건전성 평가정보를 저장하고, 상기 회전체의 동일 회전체에 대해 실시간 평가되는 실시간 건전성 표시자를 포함하는 실시간 건전성 평가정보를 저장하는 평가 DB를 포함하는 저장부; 및 상기 회전체와 동일한 회전체가 고장날 때까지 상기 구동조건 처리부에 의해 회전체에 가변적으로 가해지는 구동조건에 대한 구동조건 정보를 상기 구동조건 DB에 저장하고, 상기 구동조건에 따라 상기 회전체 상태 측정부로부터 측정되는 진동신호에 대한 진동데이터를 데이터세트로 상기 데이터세트 DB에 저장한 후, 구동조건 정보의 가변적인 구동조건에 따른 군집모드를 검출하여 상기 구동조건 DB에 저장하고 상기 데이터세트인 진동데이터에 대한 검출된 상기 군집모드별 특징을 추출하며, 특징별 상관계수 및 건전성 표시자에 따른 평가에 의해 가장 높은 상관관계를 갖는 둘 이상의 특징이 조합된 특징 조합을 상기 군집모드별로 추출하고 추출된 군집모드별 특징조합에 대한 사이클별 건전성 표시자를 포함하는 기준 건전성 평가정보를 생성하여 상기 평가 DB에 저장하고, 실시간 회전체에 가해지는 구동조건에 대해 실시간 획득되는 구동조건 정보에 의해 군집모드를 식별하고, 진동신호로부터 추출된 상기 특징 조합의 특징에 대응하는 식별된 군집모드의 특징들을 측정한 후, 상기 군집모드의 특징에 대한 건전성 표시자를 계산하여 상기 건전성 평가정보의 해당 사이클의 건전성 표시자를 비교하여 회전체의 건전성을 평가하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 구동조건 처리부는, 회전체에 사이클별로 미리 설정된 서로 다른 둘 이상의 하중을 인가하고, 서로 다른 둘 이상의 속도로 회전시키는 회전체 구동조건 인가부; 및 상기 구동조건 인가부에 의해 가해진 구동조건에 따라 상기 회전체가 회전하면서 실제 회전체에 가해지는 하중 및 속도를 측정하여 출력하는 상기 회전체 구동조건 측정부를 포함하되, 상기 제어부는, 훈련모드 및 평가모드 중 하나를 설정하는 모드 설정부; 훈련모드에서 상기 회전체 진동측정부를 통해 회전체가 고장날 때까지의 진동신호를 입력받고 입력되는 진동신호에 대한 진동데이터를 상기 데이터세트 DB에 저장하고, 평가모드에서 상기 회전체 진동측정부를 통해 회전하고 있는 회전체의 실시간 진동신호를 입력받아 진동데이터를 출력하는 회전체 상태정보 획득부; 훈련모드에서 상기 회전체 진동측정부와 시간적으로 동기화되어 상기 회전체 구동조건 측정부를 통해 상기 회전체에 가해지는 부하 및 속도를 포함하는 사이클에 따른 회전체 구동조건에 대한 구동조건 정보를 획득하여 사이클별 구동조건 정보를 상기 구동조건 DB에 저장하고, 평가모드에서 상기 회전체에 가해지는 실시간 구동조건 정보를 출력하는 회전체 구동조건 획득부; 훈련모드에서 구동조건 정보의 가변적인 구동조건의 사이클에 따른 군집모드를 검출하여 상기 구동조건 DB의 해당 사이클의 구동조건 정보에 매핑하여 저장하고 상기 데이터세트인 진동데이터에 대한 상기 군집모드별 제1 개수의 특징을 추출하며, 특징별 상관계수에 따라 상기 군집모드별 제1 개수의 특징 중 제2 개수의 특징을 선택하고 선택된 제2개수의 특징을 조합한 특징 조합에 대한 건전성 표시자를 계산하고, 계산된 건전성 표시자에 대한 상관계수를 구하여 가장 높은 상관관계를 갖는 군집모드별 특징 조합을 추출하고, 추출된 특징 조합에 대한 사이클별 건전성 표시자로 구성되는 기준 건전성 평가정보를 생성하여 상기 평가 DB에 저장하는 훈련부; 및 실시간 회전체에 가해지는 구동조건에 대해 실시간 획득되는 구동조건 정보에 의해 군집모드를 식별하고, 진동신호로부터 추출된 상기 특징 조합의 특징에 대응하는 식별된 군집모드의 특징들을 측정한 후, 상기 군집모드의 특징에 대한 건전성 표시자를 계산하여 상기 건전성 평가정보의 해당 사이클의 건전성 표시자를 비교하여 회전체의 건전성을 평가하는 평가부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 훈련부는, 미리 설정된 사이클별 구동조건 정보에 따라 상기 회전체 구동조건 인가부를 제어하여, 상기 회전체를 구동조건에 따라 회전시키고, 상기 회전체에 하중을 인가하는 구동조건 제어부; 상기 구동조건 DB에 저장된 구동조건 정보를 사이클에 따라 클러스터링하여 군집을 생성하고, 생성된 군집에 따른 사이클별 군집모드를 추출하여 군집모드 정보를 생성하여 상기 구동조건 DB의 해당 구동조건 정보에 매핑하여 저장하는 클러스터링부; 훈련모드에서 수집되어 데이터세트 DB에 저장된 진동데이터 및 클러스터링부로부터 구분된 군집모드에 의해 제1 개수의 군집모드별 특징을 추출하여 출력하는 특징 추출부; 상기 특징 추출부로부터 출력되는 각 군집모드별 특징들의 상관계수에 근거하여 상기 군집모드별 제1 개수의 특징 중 제2 개수의 특징을 선택하고 선택된 제2 개수의 특징을 조합한 특징 조합에 대한 건전성 표시자를 계산하고, 계산된 건전성 표시자에 대한 상관계수를 구하는 특징 평가부; 및 상기 특징 조합의 상관계수 중 가장 높은 상관계수를 갖는 군집모드별 특징 조합을 추출하고, 추출된 군집모드별 특징 조합의 특징들에 대한 전 사이클의 건전성 표시자를 포함하는 건전성 평가정보를 생성하여 상기 평가 DB에 저장하는 군집 특징 조합부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 특징 평가부는, 상기 각 특징의 군집모드별로 사이클에 대한 상관계수를 계산한고, 상관계수의 절대값이 큰 상기 제2 개수의 군집모드별 특징을 선택하여 출력하는 스칼라 평가부; 및 상기 선택된 제2 개수의 군집모드별 특징들을 조합한 군집모드별 특징 조합을 구성하고, 구성된 특징 조합에 대한 건전성 표시자를 계산한 후, 군집모드별 특징 조합의 사이클에 대한 건전성 표시자의 상관계수를 계산하여 출력하는 벡터 평가부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 평가부는, 평가모드에서 회전체 구동조건 획득부로부터 실시간 입력되는 구동조건 정보 및 구동조건 DB에 미리 저장되어 있는 사이클별 군집모드 정보를 비교하여 실시간 입력되는 상기 구동조건 정보의 군집모드를 식별하고, 식별된 군집모드 정보를 출력하는 군집 식별부; 상기 평가모드에서 실시간 입력되는 진동데이터 및 상기 군집 식별부에서 식별된 군집모드 정보를 입력받고, 상기 진동데이터에 대해 상기 훈련모드에서 추출된 상기 특징 조합의 특징에 대응하는 상기 군집모드의 특징을 추출하고, 추출된 군집모드의 특징에 대한 건전성 표시자를 계산하여 출력하는 실시간 특징 추출부; 및 상기 건전성 표시자와 상기 평가 DB에 저장된 기준 건전성 평가정보의 해당 사이클의 건전성 표시자를 비교하여 상기 회전체의 실시간 건전성을 평가하는 건전성 평가부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 군집모드는 속도의 가변에 따른 제1군집모드 및 제2군집모드로 구성되고, 상기 특징의 제1 개수는 13개이고, 상기 선택되는 제2 개수는 5개인 것을 특징으로 한다.
상기 회전체 상태 측정부는, 회전체의 회전 시 발생되는 온도를 측정하는 회전체 온도 측정부를 더 포함하되, 상기 제어부는, 상기 회전체 온도 측정부에 의해 측정되는 온도가 미리 설정된 기준 온도를 초과하면 상기 회전체가 고장난 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 회전체 건전성 평가 방법은: 제어모듈이 훈련모드에서 회전체가 처음 회전하여 고장날 때까지의 구동조건 처리부에 의해 회전체에 가변적으로 가해지는 사이클별 구동조건에 따른 구동조건 정보 및 상기 사이클별 구동조건에 따라 회전체 상태측정부로부터 측정되는 진동신호에 대한 진동데이터를 획득하여 데이터세트 DB에 저장하고, 상기 구동조건 정보에 따른 사이클별 군집모드를 구분한 사이클별 군집모드 정보를 구동조건 DB에 저장하며, 상기 진동데이터로부터 군집모드별 특징들을 추출한 후, 추출된 특징 중 사이클에 대한 상관관계가 큰 군집모드별 복수의 특징을 선택하고, 선택된 군집모드별 복수의 특징을 조합한 특징 조합의 특징들의 전 사이클에 대한 기준 건전성 표시자를 포함하는 기준 건전성 평가정보를 생성하여 평가 DB에 저장하는 훈련 과정; 및 상기 제어모듈이 평가모드에서 실시간 회전체에 가해지는 구동조건에 대해 실시간 획득되는 구동조건 정보와 상기 훈련모드에서 미리 저장된 군집모드 정보를 비교하여 상기 실시간 획득되는 구동조건 정보의 군집모드를 식별하고, 실시간 획득되는 진동데이터로부터 상기 특징 조합의 특징에 대응하는 식별된 군집모드의 특징들을 추출한 후, 상기 군집모드의 특징에 대한 건전성 표시자를 계산하여 상기 건전성 평가정보의 해당 사이클의 건전성 표시자를 비교하여 회전체의 건전성을 평가하는 실시간 평가 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 방법은, 상기 훈련모드 및 상기 평가모드 중 하나를 설정하는 모드 설정 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 훈련 과정은, 상기 제어모듈의 제어부가 구동조건 제어부를 통해 미리 설정된 사이클별 구동조건 정보에 따라 회전체 구동조건 인가부를 제어하여, 상기 회전체를 구동조건에 따라 회전시키고 상기 회전체에 하중을 가하는 구동조건 제어 단계; 상기 제어모듈의 제어부가 회전체 진동측정부를 통해 회전체가 고장날 때까지의 진동신호를 입력받고 입력되는 진동신호에 대한 진동데이터를 상기 데이터세트 DB에 저장하고, 상기 회전체 진동측정부와 시간적으로 동기화되어 회전체 구동조건 측정부를 통해 상기 회전체에 가해지는 부하 및 속도를 포함하는 사이클에 따른 회전체 구동조건에 대한 구동조건 정보를 획득하여 사이클별 구동조건 정보를 상기 구동조건 DB에 저장하는 데이터세트 수집 단계; 상기 제어부가 수집된 구동조건 정보를 사이클에 따라 클러스터링하여 군집을 생성하고, 생성된 군집에 따른 사이클별 군집모드를 설정하는 군집 클러스터링 단계; 상기 제어부가 훈련모드에서 회전체 상태정보 획득부로부터 획득되는 진동데이터 및 클러스터링부로부터 획득되는 군집모드에 의해 제1 개수의 군집모드별 특징을 추출하여 출력하는 특징 추출 단계; 상기 제어부가 각 특징별 상관계수에 따라 상기 군집모드별 제1 개수의 특징 중 제2 개수의 특징을 선택하고 선택된 제2개수의 특징을 조합한 특징 조합에 대한 건전성 표시자를 계산하고, 계산된 건전성 표시자에 대한 상관계수를 구하는 특징 평가 단계; 상기 제어부가 상기 특징 조합의 상관계수 중 가장 높은 상관계수를 갖는 군집모드별 특징 조합을 추출하는 군집 특징 조합 단계; 및 상기 제어부가 추출된 군집모드별 특징 조합의 특징들에 대한 전 사이클의 건전성 표시자를 포함하는 건전성 평가정보를 생성하여 상기 평가 DB에 저장하는 건전성 평가정보 생성 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 특징 평가 단계는, 상기 제어부가 상기 각 특징의 군집모드별로 사이클에 대한 상관계수를 계산하고 상관계수의 절대값이 큰 상기 제2 개수의 군집모드별 특징을 선택하여 출력하는 스칼라 평가 단계; 및 상기 제어부가 상기 선택된 제2 개수의 군집모드별 특징들을 조합한 군집모드별 특징 조합을 구성하고, 구성된 특징 조합에 대한 마할라노비스 거리를 계산한후, 군집모드별 특징 조합의 사이클에 대한 마할라노비스 거리의 상관계수를 계산하고, 상관계수가 가장 큰 특징 조합을 기준 특징 조합으로 설정하고, 상기 기준 특징 조합의 특징들에 대한 전 사이클에 대한 건전성 표시자를 포함하는 건전성 평가정보를 생성하여 평가 DB에 저장하는 벡터 평가 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 실시간 평가 과정은, 상기 제어부가 평가모드에서 회전체 구동조건 획득부로부터 입력되는 구동조건 정보 및 구동조건 DB에 미리 저장되어 있는 사이클별 군집모드 정보를 비교하여 상기 구동조건 정보의 군집모드를 식별하고, 식별된 군집모드 정보를 출력하는 군집 식별 단계; 상기 제어부가 상기 평가모드에서 실시간 입력되는 진동데이터 및 군집 식별부에서 식별된 군집모드 정보를 입력받고, 상기 진동데이터에 대해 상기 훈련모드에서 추출된 상기 특징 조합의 특징에 대응하는 상기 군집모드의 특징을 추출하고, 추출된 군집모드의 특징에 대한 건전성 표시자를 계산하여 출력하는 실시간 특징 추출 단계; 및 상기 제어부가 상기 건전성 표시자와 상기 평가 DB에 저장된 기준 건전성 평가정보의 해당 사이클의 건전성 표시자를 비교하여 상기 회전체의 실시간 건전성을 평가하는 건전성 평가 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 회전체에 가해지는 다양한 구동조건을 고려하여 건전성을 평가하므로 회전체의 건전성 및 남은 수명 예측의 정확성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 회전체 건전성 평가 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 회전체 건전성 평가 시스템에 사이클에 따라 가해지는 축 방향 부하, 반경 방향 부하 및 속도 구동조건 파형을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 진동신호의 파형 및 진동신호로부터 추출되는 특징 파형들을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 회전체 건전성 평가를 위한 구동조건의 군집방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 회전체 건전성 평가를 위한 진동신호의 특징들 각각에 대한 스칼라 평가의 군집모드별 상관계수를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 회전체 건전성 평가를 위해 스칼라 평가에서 선택된 군집 특징 조합별 상관계수 파형 및 사이클에 대한 건전성 표시자 파형을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 회전체 건전성 평가 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 8은 본 발명에 따른 회전체 건전성 평가 방법 중 훈련모드의 군집 특징 조합 추출 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 회전체 건전성 평가 방법 중 평가모드의 실시간 건전성 평가 방법을 나타낸 흐름도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 회전체 건전성 평가 시스템의 구성 및 동작을 상세히 설명하고, 상기 시스템에서의 회전체의 건전성 평가 방법을 설명한다. 이하의 설명에서 상기 회전체는 베어링(Bearing)인 경우를 위주로 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 회전체 건전성 평가 시스템의 구성을 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 회전체 건전성 평가 시스템에 사이클에 따라 가해지는 축 방향 부하, 반경 방향 부하 및 속도 구동조건 파형을 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 진동신호의 파형 및 진동신호로부터 추출되는 특징 파형들을 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 회전체 건전성 평가를 위한 구동조건의 군집방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 본 발명에 따른 회전체 건전성 평가를 위한 진동신호의 특징들 각각에 대한 스칼라 평가의 군집모드별 상관계수를 나타낸 도면이며, 도 6은 본 발명에 따른 회전체 건전성 평가를 위해 스칼라 평가에서 선택된 군집 특징 조합별 상관계수 파형 및 사이클에 대한 건전성 표시자 파형을 나타낸 도면이다. 이하 도 1 내지 도 6을 참조하여 설명한다.
본원발명의 회전체는 축을 중심으로 빙빙 도는 물체이면 모두 가능하며, 상기 회전체는 베어링(Bearing)인 것이 바람직할 것이다.
본 발명에 따른 회전체 건전성 평가 시스템은 구동조건 처리부(100), 회전체 상태측정부(200) 및 제어모듈(500)을 포함하고, 실시예에 따라 디스플레이부(300) 및 입력부(400)를 더 포함할 수 있을 것이다.
상기 구동조건 처리부(100)는 회전체 구동조건 인가부(110) 및 회전체 구동 조건 측정부(120)를 포함한다.
상기 회전체 구동조건 측정부(120)는 회전하는 회전체가 구성되는 기계장치 에 구성되어 회전체에 가해지는 구동조건을 측정한다.
상기 회전체 구동조건 인가부(110)는 본 발명에 따라 훈련모드를 수행하기 위해 회전체에 인위적으로 구동조건을 인가한다. 상기 기계장치는 본 발명에 따른 회전체 건전성 평가를 위한 테스트 리그(Test Rig)가 될 수 있고, 평가모드에서만 제어모듈(500)에 연결되는 장치일 수도 있을 것이다.
상기 구동조건은 회전체의 속도(Speed, 단위: rpm), 반경 방향 하중(Radial force, 단위 : kN) 및 축 방향 하중(Axial Force, 단위: kN)) 등 중 어느 하나 이상이 될 수 있을 것이다.
상기 회전체 구동조건 인가부(110)는 제어모듈(500)의 제어를 받아 상기 회전체 속도, 반경 방향 하중 및 축 방향 하중을 사이클에 따라 가변하여 회전체에 인가한다.
상기 회전체 구동조건 인가부(110)는 제어모듈(500)로부터 도 2의 201과 같이 축 방향 하중 및 반경 방향 하중을 변경하는 사이클 인가받아 회전축에 해당 사이클에 대응하는 축 방향 하중 및 반경 방향 하중을 인가하고, 202와 같은 속도 사이클을 인가받아 속도를 변경한다.
도 2의 201에서 보이는 바와 같이 회전체 구동조건 인가부(110)는 1kN 및 20 kN의 반경 방향 하중을 사이클에 따라 교번하여 인가하고, 1kN 및 15kN의 축 방향 하중을 사이클에 따라 교번하여 인가하며, 750rpm 및 100rpm의 속도가 사이클에 따라 교번되도록 제어한다.
또한, 도 2 내지 도 6의 도면은 반경 방향 하중 1, 축 방향 하중 1, 속도 750인 모드1 및 반경 방향 하중 20kN, 축 방향 하중 15kN, 속도 1000rmp인 모드2로 운영 시의 사이클 파형(도2), 진동신호 파형(도 3의 301), 특징 파형(도 3의 302), 클러스터링 그래프(도 4의 401), 군집모드 사이클(도 4의 402), 군집모드 및 특징별 상관계수 그래프(도 5), 특징 조합별 상관계수 그래프(도 6의 601) 및 최대 상관계수를 가지는 특징 조합의 건전성 평가정보 그래프(602)를 나타낸 것이다.
회전체 구동조건 측정부(120)는 상술한 도 2 및 도 6의 예에서 상기 회전체 구동조건 인가부(110)에 의해 회전체에 상기 구동조건이 인가되는 상태에서 실제 회전체에 가해지는 구동조건, 반경 방향 하중, 축 방향 하중 및 속도를 측정하여 제어모듈(500)로 출력한다.
회전체 상태측정부(200)는 회전체 진동측정부(210)를 포함하고, 실시예에 따 라 회전체 온도 측정부(220)를 더 포함할 수 있을 것이다.
회전체 진동측정부(210)는 상기 회전체 구동조건 인가부(110)에 의해 상기 모드에 따라 회전하고 상기 반경 방향 하중 및 축 방향 하중이 인가되는 회전체의 회전으로 인해 발생되는 진동을 측정하여, 도 3의 301에서 나타낸 것과 같은 진동신호를 제어모듈(500)로 출력한다. 상기 진동신호는 실시예에 따라 25.6kHz의 샘플링 레이트(Sampling Rate)를 가지고, 데이터 길이(Data Length)는 60초인 것이 바 람직할 것이다.
상기 회전체 온도 측정부(220)는 회전체에 인접하거나 접하도록 구성되어 상기 회전의 회전에 따라 회전체에서 발생하는 온도에 따른 온도신호를 제어모듈 (500)로 출력한다.
디스플레이부(300)는 상기 제어모듈(500)의 동작 모드 등과 같은 다양한 동작상태정보를 색, 텍스트, 그래픽, 정지영상 및 동영상 중 어느 하나 이상으로 표시한다.
입력부(400)는 제어모듈의 동작을 제어하기 위한 하나 이상의 키, 버튼, 스위치 등을 포함하는 조작장치 및 상기 디스플레이부(300)의 화면에 일체로 구성되어 터치되는 화면의 위치에 대응하는 위치신호를 출력하는 터치패드 등 중 어느 하나 이상을 포함하여 사용자와의 인터페이스 수단을 제공한다.
제어모듈(500)은 저장부(600) 및 제어부(700)를 포함하여 본 발명에 따른 회전체 건전성 평가 시스템의 전반적인 동작을 제어한다.
저장부(600)는 본 발명에 따른 제어모듈(500)의 동작을 제어하기 위한 제어프로그램을 저장하는 프로그램영역, 상기 제어프로그램 수행 중에 발생되는 데이터를 일시 저장하는 임시영역, 상기 제어프로그램 수행에 필요한 데이터 및 제어프로그램 수행 중에 발생된 데이터를 반영구적으로 저장하는 데이터영역을 포함한다. 상기 데이터영역에는 본 발명에 따라 데이터세트 DB(610), 구동조건 DB(620) 및 평 가 DB(630)가 구성될 수 있을 것이다.
상기 데이터세트 DB(610)는 실시간 평가하고자 하는 회전체와 동일 종류인 회전체에 대한 가변적인 구동조건에서 상기 회전체의 첫 회전 개시 시부터 고장이 날 때까지 획득한 진동데이터를 데이터세트로 저장한다.
상기 구동조건 DB(620)는 상기 가변적인 구동조건에 대한 사이클별 구동조건 정보 및 추출된 사이클별 군집모드 정보를 저장한다.
평가 DB(630)는 회전체에 대한 전 사이클에 대한 건전성 표시자를 포함하는 기준 건전성 평가정보를 저장하고, 상기 회전체의 동일 회전체에 대해 실시간 평가되는 실시간 건전성 표시자를 포함하는 실시간 건전성 평가정보를 저장한다. 상기 실시간 건전성 평가정보는 상기 실시간 건전성 표시자, 상기 실시간 건전성 표시자와 상기 실시간 건전성 표시자의 기준 건전성 평가정보의 상기 실시간 건전성 표시자의 사이클에 대응하는 기준 건전성 표시자 간의 마할라노비스 거리정보가 더 포함될 수 있을 것이다. 상기 실시간 건전성 표시자 및 기준 건전성 표시자 간의 마할라노비스 거리정보가 미리 설정된 기준 거리를 벗어나는 경우 회전체에 오류가 발생한 것으로 간주될 수 있을 것이다.
제어부(700)는 모드 설정부(710), 회전체 상태 획득부(720), 회전체 구동조건 획득부(730), 훈련부(740) 및 평가부(750)를 포함하여 본 발명에 따른 제 어모듈(500)의 전반적인 동작을 제어한다.
구체적으로 설명하면 모드 설정부(710)는 디스플레이부(300)를 통해 훈련모드 및 평가모드를 선택할 수 있는 모드 선택 수단을 제공하고, 입력부(400)를 통해 모드가 선택되면 훈련모드 및 평가모드 중 선택된 모드에 대응하는 모드를 설정한 다.
회전체 상태정보 획득부(720)는 훈련모드에서 회전체 상태측정부(200)의 회전체 진동측정부(210)를 통해 회전체의 최초 회전 시부터 상기 회전체가 고장날 때까지의 진동신호를 입력받고, 입력되는 진동신호를 진동데이터로 변환하여 상기 회전체에 대한 데이터세트로 데이터세트 DB(610)에 저장하고, 데이터세트의 구성 완료 시 진동데이터를 훈련부(740)로 출력한다.
상기 회전체 상태정보 획득부(720)는 상기 회전체 온도 측정부(220)로부터 입력되는 온도신호에 의한 온도가 미리 설정된 기준온도를 초과하는 경우 상기 회전체가 고장이 난 것으로 판단할 수 있을 것이다. 상기 기준온도는 일실시예에 따라 200℃로 설정될 수 있을 것이다. 또한, 회전체 상태정보 획득부(720)의 회전체 고장 판단은 온도에 한정되지 않으며 진동세기 등과 같이 다른 요소에 의해 판단될 수도 있을 것이다.
회전체 상태정보 획득부(720)는 평가모드에서 회전체 상태측정부(200)의 회전체 진동측정부(210)를 통해 회전하고 있는 회전체에서 실시간으로 발생되는 진동에 대한 진동신호를 입력받아 진동데이터로 변환하여 평가부(750)로 출력한다.
회전체 구동조건 획득부(730)는 훈련모드에서 회전체 구동조건 측정부(120)를 통해 상기 회전체의 최초 회전 개시부터 고장날 때까지의 사이클별 구동조건을 측정하여 전 사이클에 대한 구동조건 정보를 생성하여 구동조건 DB(620)에 저장하고, 전 사이클에 대한 구동조건 정보의 생성 완료 시 전 사이클의 구동조건 정보를 훈련부(740)로 제공한다.
또한, 상기 회전체 구동조건 획득부(730)는 평가모드에서 회전체 구동조건 측정부(120)를 통해 현재 실시간 회전하고 있는 회전체에 가해지는 해당 사이클의 구동조건을 측정한 사이클 구동조건 정보를 평가부(750)로 제공한다.
훈련부(540)는 구동조건 제어부(741), 특징 추출부(742), 클러스터링부(743), 특징 평가부(744) 및 군집 특징 조합부(747)를 포함하고, 훈련모드에서 활성화되어 가장 큰 건전성 표시자를 가지는 군집 특징 조합을 추출하고, 그에 따른 회전체의 수명을 다할 때까지의 전체 사이클에 대한 건전성 표시자를 포함하는 기준 건전성 평가정보를 생성하여 평가 DB(630)에 저장한다.
구동조건 제어부(741)는 도 2와 같은 사이클별 구동조건에 따라 회전체 구동 조건 인가부(110)를 제어하여 회전체에 구동조건을 인가한다.
클러스터링부(743)는 회전체 구동조건 측정부(120)를 통해 회전체에 인가되고 있는 구동조건을 회전체 구동조건 획득부(730)를 통해 획득하고, 획득되는 구동조건들을 K-평균 클러스터링을 수행하여 구동조건들에 의해 형성되는 군집을 검출하고, 각 군집의 그룹 S={S1, S2,...,SK}에 대해 중심점(μi, i=1,2,...,K)를 찾아서 군집모드 정보로서 출력한다. 도 2와 같이 구동조건들이 인가되는 경우, 군집은 도 4의 401과 같이 군집1(Regime1, 이하 "군집모드1"이라 함) 과 군집2(Regime2, 이하 "군집모드2"이라 함)의 형태로 형성된다. 이 군집모드1과 군집모드2는 도 4의 402와 같이 사이클에 따라 교번하여 발생될 것이다.
특징 추출부(742)는 회전체 상태정보 획득부(720)로부터 데이터세트 DB(610)에 저장되어 있는 전 사이클에 대한 진동데이터를 입력받고, 진동데이터의 제1 개수의 특징을 추출하고, 클러스터링부(743)로부터 구동조건 정보를 입력받아 상기 제1 개수 각각의 특징을 군집모드별로 분리하여 특징 평가부(744)로 출력한다. 상기 제1 개수는 도 3에서 나타낸 바와 같이 13개일 수 있으며, 13개의 특징은 회전체가 베어링인 경우, 도 3에서 나타낸 바와 같이 RMS(Root Meam Square), Standard Deviation(표준편차), Peak, Skewness(편포도), Kurtosis(첨예도), Crest factor(파고율), Clearance Factor, Impulse Factor, Peak-to-Peak, Entropy, BPFI(Ball Passing Frequency Inner), BPFO(Ball Passing Frequency Inner) 및 BSF(Ball Spinning Frequency)가 될 수 있을 것이다.
특징 평가부(744)는 스칼라 평가부(745) 및 벡터 평가부(746)를 포함하여, 상기 특징 추출부(742)로부터 출력되는 각 군집모드별 특징들의 상관계수에 근거하여 상기 군집모드별 제1 개수의 특징 중 제2 개수의 특징을 선택하고 선택된 제2 개수의 특징을 조합한 특징 조합에 대한 건전성 표시자를 계산하고, 계산된 건전성 표시자에 대한 상관계수를 구하여 출력한다.
구체적으로 설명하면, 스칼라 평가부(745)는 특징 추출부(742)로부터 군집모드별 특징(데이터)들을 입력받아 하기 수학식 1에 의해 각 군집모드의 특징에 대한 상관계수를 계산한다.
Figure 112020049536980-pat00001
여기서 X 및 Y는 사이클 및 특징이고, rgX 및 rgY는 순위 변수이며, σrgX 및 σrgY 는 각 순위 변수의 표준편차를 의미한다.
스칼라 평가부(745)는 도 5와 같이 군집모드별 특징들의 상관계수가 계산되면 상기 군집모드별로 상관계수의 절대값이 큰 제2 개수의 특징들을 선택하고, 선택된 군집모드별 특징들을 벡터 평가부(746)로 출력한다. 군집모드별로 사이클과의 상관관계의 절대값이 높은 특징들은 그만큼 시간에 따라 해당 특징의 값이 단조적으로(Monotonic) 상승함을 의미한다.
도 5의 경우, 스칼라 평가부(745)는 군집모드1에 대해 RMS(501), Standard Deviation(502), Peak(503), Peak-to-Peak(504) 및 Entropy(505)를 선택하고, 군집모드2에 대해 RMS(511), Kurtosis(512), Entropy(513), BPFO(514) 및 BSF(515)를 선택할 것이다.
벡터 평가부(746)는 스칼라 평가부(745)에서 선택된 군집모드별로 특징들을 조합한 특징 조합을 구성하고, 군집모드1 및 군집모드2가 2번 반복할 때까지(도 4의 402의 베이스라인)로 가정하여 각 특징 조합의 상관계수를 계산하여 출력한다.
상기 특징 조합은 상기 예에서 스칼라 평가부(745)에서 군집모드별로 5개가 출력되었으므로 하나의 군집모드에 대해 31(5C1+5C2+5C3+5C4+5C5=31)개의 특징 조합이 생성되고, 군집모드1 및 군집모드2에 대해 931(31*31)개의 특징 조합이 생성된다.
따라서 상관계수는 도 6의 601과 같이 931개의 값이 존재할 것이다.
군집 특징 조합부(747)는 상기 특징 조합의 상관계수 중 가장 높은 상관계수를 갖는 군집모드별 특징 조합을 추출하고, 추출된 군집모드별 특징 조합의 특징들에 대해 마할라노비스 거리 계산 기법에 의해 건전성 표시자(Health Indicator: HI)를 포함하는 건전성 평가정보를 생성하여 상기 평가 DB에 저장한다.
상기 마할라노비스 거리는 하기 수학식 2에 의해 계산된다.
Figure 112020049536980-pat00002
여기서 Xi=[xi1,...xip]T는 특징 조합이고, μ는 군집모드의 중심값이고, S는 군집의 그룹이다.
평가부(750)는 군집 식별부(751), 실시간 특징 추출부(752) 및 건전성 평가부(753)를 포함하여, 실시간 회전체에 가해지는 구동조건에 대해 실시간 획득되는 구동조건 정보에 의해 군집모드를 식별하고, 진동신호로부터 추출된 상기 특징 조합의 특징에 대응하는 식별된 군집모드의 특징들을 측정한 후, 상기 군집모드의 특징에 대한 건전성 표시자를 계산하여 상기 건전성 평가정보의 해당 사이클의 건전성 표시자를 비교하여 회전체의 건전성을 평가한다.
상기 군집 식별부(751)는 평가모드에서 회전체 구동조건 획득부(730)로부터 실시간 회전체에 가해지는 구동조건에 대한 구동조건 정보를 사이클별로 입력받고 훈련모드에서 상기 사이클에 해당하는 군집모드 정보를 입력받아 상기 구동조건 정보의 군집모드를 식별한다.
실시간 특징 추출부(752)는 상기 평가모드에서 실시간 입력되는 진동데이터 및 상기 군집 식별부(751)에서 식별된 군집모드 정보를 입력받고, 상기 진동데이터에 대해 상기 훈련모드에서 추출된 상기 특징 조합의 특징에 대응하는 상기 군집모드의 특징을 추출하고, 추출된 군집모드의 특징에 대한 건전성 표시자를 계산하여 건전성 평가부(753)로 출력한다.
건전성 평가부(753)는 상기 실시간 특징 추출부(752)로부터 입력되는 건전성 표시자와 상기 평가 DB(610)에 저장된 기준 건전성 평가정보의 해당 사이클의 건전성 표시자를 비교하여 상기 회전체의 실시간 건전성을 평가한다.
도 7은 본 발명에 따른 회전체 건전성 평가 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 우선 제어모듈(500)은 훈련모드에서 회전체가 처음 회전하여 고장날 때까지 구동조건 처리부(100)에 의해 회전체에 가변적으로 가해지는 사이클별 구동조건에 따른 구동조건 정보 및 상기 사이클별 구동조건에 따라 회전체 상태 측정부로부터 측정되는 진동신호에 대한 진동데이터를 획득하여 데이터세트 DB(610)에 저장하고, 상기 구동조건 정보에 따른 사이클별 군집모드를 구분한 사이클별 군집모드 정보를 구동조건 DB(620)에 저장하며, 상기 진동데이터로부터 군집모드별 특징들을 추출한 후, 추출된 특징 중 사이클에 대한 상관관계의 절대값이 큰 군집모드별 복수의 특징을 추출하고, 추출된 군집모드별 복수의 특징을 조합한 특징 조합에 대한 전 사이클에 대한 기준 건전성 표시자를 포함하는 기준 건전성 평가정보를 생성하여 평가 DB(630)에 저장한다(S100).
상기 제어모듈(500)은 훈련모드에서 특징 조합 및 사이클별 군집모드 정보가 저장되고 기준 건전성 평가정보가 생성되면, 평가모드에서 실시간 회전체에 가해지는 구동조건에 대해 실시간 획득되는 구동조건 정보와 상기 훈련모드에서 미리 저장된 군집모드 정보를 비교하여 상기 실시간 획득되는 구동조건 정보의 군집모드를 식별하고, 실시간 획득되는 진동데이터로부터 상기 특징 조합의 특징에 대응하는 식별된 군집모드의 특징들을 추출한 후, 상기 군집모드의 특징에 대한 건전성 표시자를 계산하여 상기 건전성 평가정보의 해당 사이클의 건전성 표시자를 비교하여 회전체의 건전성을 평가한다(S200).
도 8은 본 발명에 따른 회전체 건전성 평가 방법 중 훈련모드의 군집 특징 조합 추출 방법을 나타낸 흐름도로, 회전체가 베어링인 경우를 나타낸 흐름도이다.
도 8을 참조하면, 우선 제어모듈(500)은 미리 설정된 구동조건을 로드한다 (S111).
상기 구동조건이 로드되면 제어모듈(500)은 로드된 구동조건에 따라 사이클 별로 베어링에 구동조건을 인가하여 회전시킨다(S113).
베어링이 회전하기 시작하면 제어모듈(500)은 회전체 상태측정부(200) 및 구동조건 처리부(100)의 회전체 구동조건 측정부(120)를 통해 베어링의 온도, 진동 및 구동조건을 측정하기 시작하고, 측정된 진동신호에 대한 진동데이터를 데이터세트 DB(610)에 저장하고, 사이클별 구동조건 정보를 구동조건 DB(620)에 저장하기 시작한다(S115).
상기 베어링의 온도, 진동 및 구동조건이 측정되기 시작하면 제어모듈(500)은 측정되는 온도가 미리 설정된 기준 온도를 초과하는지를 모니터링한다(S117).
상기 기준 온도는 200℃일 수 있으며, 베어링의 온도가 기준 온도를 초과하면 상기 제어모듈(500)은 상기 베어링이 고장난 것으로 판단한다.
고장난 것으로 판단되면 제어모듈(500)은 상기 베어링에 대해 첫 회전시부터 고장이 날 때까지의 진동데이터를 하나의 데이터세트로 데이터세트 DB(610)에 저장하고, 고장날 때까지의 전 사이클에 대한 구동조건 정보를 구동조건 DB(620) 에 저장한다(S119).
전 사이클에 대한 데이터 세트 및 구동조건 정보가 생성되면 제어모듈(500)은 전 사이클에 대한 구동조건 정보를 로드하여 K-평균 클러스터링을 수행하여 사이클별 구동조건 정보에 따른 군집을 추출하며, 사이클별 군집정보인 사이클별 군집모드 정보를 생성하여 구동조건 DB(620)의 저장하고, 상기 데이터세트의 전 사이클의 진동데이터에 대한 제1 개수의 특징들을 추출하여 출력하고, 상기 사이클별 군집모드 정보에 근거하여 상기 추출된 특징들을 군집모드별로 분리한 군집모드별 특징을 생성한다(S121).
군집모드별 특징이 생성되면 제어모듈(500)은 상관계수의 절대값이 큰 상위 5개의 군집 모드별 특징을 선택하는 스칼라 평가를 수행한다(S123).
스칼라 평가가 수행된 후 제어모듈(500)은 상기 5개의 군집 모드별 특징들을 상호 조합하여 다수의 특징 조합을 생성하고, 생성된 특징 조합의 사이클에 대한 상관계수를 계산하여 출력하는 벡터 평가를 수행한다(S125).
상기 벡터 평가 후 제어모듈(500)은 상기 특징 조합 중 가장 큰 상관계수를 가지는 하나의 특징 조합을 선택하고, 선택된 특징 조합을 구성하는 군집모드별 특징에 대한 전 사이클에 대한 기준 건전성 평가 인자를 포함하는 기준 건전성 평가정보를 생성하여 평가 DB(630)에 저장한다(S127).
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 회전체 건전성 평가 방법 중 평가모드의 실시간 건전성 평가 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 9를 참조하면, 제어모듈(500)은 평가모드에서 현재 회전하는 회전체에 가해지고 있는 구동조건, 예를 들어, 속도, 반경 방향 하중, 축 방향 하중 등을 사이클별로 측정하여 획득된 구동조건 정보와 상기 훈련모드에서 미리 획득된 군집모드 정보를 비교하여 상기 구동조건 정보의 군집모드를 식별하고(S211), 실시간 획득되는 진동데이터로부터 식별된 군집모드 및 상기 훈련모드에서 획득된 특징 조합의 특징들에 대응하는 군집모드의 특징을 추출한다(S213).
군집모드의 식별 및 훈련모드에서 추출된 특징 조합의 특징에 대응하는 특징이 추출되면 제어모듈(500)은 상기 추출된 군집모드의 특징 조합의 특징들에 대한 건전성 표시자를 계산한다(S215).
현재의 회전체의 건전성 표시자가 계산되면 제어모듈(500)은 계산된 건전성 표시자가 훈련모드에서 미리 획득되어 저장된 기준 건전성 평가정보의 해당 사이클의 기준 건전성 표시자와 비교하여 두 표시자가 일정 거리 내에 있는지를 판단하여 정상 여부를 판단한다(S217).
정상이면 제어모듈(500)은 디스플레이부(300) 또는 별도의 경보수단(미도시)을 통해 정상을 경보하고(S219), 정상이 아니면 디스플레이부(300) 또는 별도의 경 보수단을 통해 오류가 발생했음을 통지한다(S221).
한편, 본 발명은 전술한 전형적인 바람직한 실시예에만 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 개량, 변경, 대체 또는 부가하여 실시할 수 있는 것임은 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 이러한 개량, 변경, 대체 또는 부가에 의한 실시가 이하의 첨부된 특허청구범위의 범주에 속하는 것이라면 그 기술사상 역시 본 발명에 속하는 것으로 보아야 한다.
100: 구동조건 처리부 110: 회전체 구동조건 인가부
120: 회전체 구동조건 측정부 200: 회전체 상태측정부
210: 회전체 진동측정부 220: 회전체 온도 측정부
300: 디스플레이부 400: 입력부
500: 제어모듈 600: 저장부
610: 데이터세트 DB 620: 구동조건 DB
630: 평가 DB 700: 제어부
710: 모드 설정부 720: 회전체 상태정보 획득부
730: 회전체 구동조건 획득부 740: 훈련부
741: 구동조건 제어부 742: 특징 추출부
743: 클러스터링부 744: 특징 평가부
745: 스칼라 평가부 746: 벡터 평가부
747: 군집 특징 조합부 750: 평가부
751: 군집 식별부 752: 실시간 특징 추출부
753: 건전성 평가부

Claims (13)

  1. 회전체의 회전 시 회전체에서 발생되는 진동을 측정하여 진동신호를 출력하는 회전체 진동측정부를 포함하는 회전체 상태측정부;
    상기 회전체의 회전 시 회전체에 가변적으로 인가되는 하중 및 속도를 포함하는 구동조건을 측정하는 회전체 구동조건 측정부를 포함하는 구동조건 처리부; 및
    가변적으로 인가되는 구동조건이 반영되는 상기 회전체에 대해 상기 회전체 상태측정부로부터 측정되는 진동신호로부터 상기 가변적인 구동조건에 따른 군집모드를 식별하여 복수의 특징을 추출하고, 상기 구동조건이 반영된 상기 복수의 특징에 근거하여 상기 회전체의 건전성을 평가하는 제어모듈을 포함하되,
    상기 제어모듈은,
    상기 회전체와 동일 종류인 회전체에 대한 가변적인 구동조건에서 상기 회전체의 고장 시까지 획득한 진동데이터를 데이터세트로 저장하는 데이터세트 DB, 상기 가변적인 구동조건에 대한 사이클별 구동조건 정보 및 추출된 사이클별 군집모드 정보를 저장하는 구동조건 DB 및 회전체에 대한 사이클별 건전성 표시자로 구성되는 기준 건전성 평가정보를 저장하고, 상기 회전체의 동일 회전체에 대해 실시간 평가되는 실시간 건전성 표시자를 포함하는 실시간 건전성 평가정보를 저장하는 평가 DB를 포함하는 저장부; 및
    상기 회전체와 동일한 회전체가 고장날 때까지 상기 구동조건 처리부에 의해 회전체에 가변적으로 가해지는 구동조건에 대한 구동조건 정보를 상기 구동조건 DB에 저장하고, 상기 구동조건에 따라 상기 회전체 상태측정부로부터 측정되는 진동신호에 대한 진동데이터를 데이터세트로 상기 데이터세트 DB에 저장한 후, 구동조건 정보의 가변적인 구동조건에 따른 군집모드를 검출하여 상기 구동조건 DB에 저장하고 상기 데이터세트인 진동데이터에 대한 검출된 상기 군집모드별 특징을 추출하며, 특징별 상관계수 및 건전성 표시자에 따른 평가에 의해 가장 높은 상관관계를 갖는 둘 이상의 특징이 조합된 특징 조합을 상기 군집모드별로 추출하고 추출된 군집모드별 특징조합에 대한 사이클별 건전성 표시자를 포함하는 기준 건전성 평가정보를 생성하여 상기 평가 DB에 저장하고, 실시간 회전체에 가해지는 구동조건에 대해 실시간 획득되는 구동조건 정보에 의해 군집모드를 식별하고, 진동신호로부터 추출된 상기 특징 조합의 특징에 대응하는 식별된 군집모드의 특징들을 측정한 후, 상기 군집모드의 특징에 대한 건전성 표시자를 계산하여 상기 건전성 평가정보의 해당 사이클의 건전성 표시자를 비교하여 회전체의 건전성을 평가하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전체 건전성 평가 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 구동조건 처리부는,
    회전체에 사이클별로 미리 설정된 서로 다른 둘 이상의 하중을 인가하고, 서로 다른 둘 이상의 속도로 회전시키는 회전체 구동조건 인가부; 및
    상기 구동조건 인가부에 의해 가해진 구동조건에 따라 상기 회전체가 회전하면서 실제 회전체에 가해지는 하중 및 속도를 측정하여 출력하는 상기 회전체 구동조건 측정부를 포함하되,
    상기 제어부는,
    훈련모드 및 평가모드 중 하나를 설정하는 모드 설정부;
    훈련모드에서 상기 회전체 진동측정부를 통해 회전체가 고장날 때까지의 진동신호를 입력받고 입력되는 진동신호에 대한 진동데이터를 상기 데이터세트 DB에 저장하고, 평가모드에서 상기 회전체 진동측정부를 통해 회전하고 있는 회전체의 실시간 진동신호를 입력받아 진동데이터를 출력하는 회전체 상태정보 획득부;
    훈련모드에서 상기 회전체 진동측정부와 시간적으로 동기화되어 상기 회전체 구동조건 측정부를 통해 상기 회전체에 가해지는 부하 및 속도를 포함하는 사이클에 따른 회전체 구동조건에 대한 구동조건 정보를 획득하여 사이클별 구동조건 정보를 상기 구동조건 DB에 저장하고, 평가모드에서 상기 회전체에 가해지는 실시간 구동조건 정보를 출력하는 회전체 구동조건 획득부;
    훈련모드에서 구동조건 정보의 가변적인 구동조건의 사이클에 따른 군집모드를 검출하여 상기 구동조건 DB의 해당 사이클의 구동조건 정보에 매핑하여 저장하고 상기 데이터세트인 진동데이터에 대한 상기 군집모드별 제1 개수의 특징을 추출하며, 특징별 상관계수에 따라 상기 군집모드별 제1 개수의 특징 중 제2 개수의 특징을 선택하고 선택된 제2개수의 특징을 조합한 특징 조합에 대한 건전성 표시자를 계산하고, 계산된 건전성 표시자에 대한 상관계수를 구하여 가장 높은 상관관계를 갖는 군집모드별 특징 조합을 추출하고, 추출된 특징 조합에 대한 사이클별 건전성 표시자로 구성되는 기준 건전성 평가정보를 생성하여 상기 평가 DB에 저장하는 훈련부; 및
    실시간 회전체에 가해지는 구동조건에 대해 실시간 획득되는 구동조건 정보에 의해 군집모드를 식별하고, 진동신호로부터 추출된 상기 특징 조합의 특징에 대응하는 식별된 군집모드의 특징들을 측정한 후, 상기 군집모드의 특징에 대한 건전성 표시자를 계산하여 상기 건전성 평가정보의 해당 사이클의 건전성 표시자를 비교하여 회전체의 건전성을 평가하는 평가부를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전체 건전성 평가 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 훈련부는,
    미리 설정된 사이클별 구동조건 정보에 따라 상기 회전체 구동조건 인가부를 제어하여, 상기 회전체를 구동조건에 따라 회전시키고, 상기 회전체에 하중을 인가하는 구동조건 제어부;
    상기 구동조건 DB에 저장된 구동조건 정보를 사이클에 따라 클러스터링하여 군집을 생성하고, 생성된 군집에 따른 사이클별 군집모드를 추출하여 군집모드 정보를 생성하여 상기 구동조건 DB의 해당 구동조건 정보에 매핑하여 저장하는 클러스터링부;
    훈련모드에서 수집되어 데이터세트 DB에 저장된 진동데이터 및 클러스터링부로부터 구분된 군집모드에 의해 제1 개수의 군집모드별 특징을 추출하여 출력하는 특징 추출부;
    상기 특징 추출부로부터 출력되는 각 군집모드별 특징들의 상관계수에 근거하여 상기 군집모드별 제1 개수의 특징 중 제2 개수의 특징을 선택하고 선택된 제2 개수의 특징을 조합한 특징 조합에 대한 건전성 표시자를 계산하고, 계산된 건전성 표시자에 대한 상관계수를 구하는 특징 평가부; 및
    상기 특징 조합의 상관계수 중 가장 높은 상관계수를 갖는 군집모드별 특징 조합을 추출하고, 추출된 군집모드별 특징 조합의 특징들에 대한 전 사이클의 건전성 표시자를 포함하는 건전성 평가정보를 생성하여 상기 평가 DB에 저장하는 군집 특징 조합부를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전체 건전성 평가 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 특징 평가부는,
    상기 각 특징의 군집모드별로 사이클에 대한 상관계수를 계산하고, 상관계수의 절대값이 큰 상기 제2 개수의 군집모드별 특징을 선택하여 출력하는 스칼라 평가부; 및
    상기 선택된 제2 개수의 군집모드별 특징들을 조합한 군집모드별 특징 조합을 구성하고, 구성된 특징 조합에 대한 건전성 표시자를 계산한 후, 군집모드별 특징 조합의 사이클에 대한 건전성 표시자의 상관계수를 계산하여 출력하는 벡터 평가부를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전체 건전성 평가 시스템.
  6. 제3항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 평가부는,
    평가모드에서 회전체 구동조건 획득부로부터 실시간 입력되는 구동조건 정보 및 구동조건 DB에 미리 저장되어 있는 사이클별 군집모드 정보를 비교하여 실시간 입력되는 상기 구동조건 정보의 군집모드를 식별하고, 식별된 군집모드 정보를 출력하는 군집 식별부;
    상기 평가모드에서 실시간 입력되는 진동데이터 및 상기 군집 식별부에서 식별된 군집모드 정보를 입력받고, 상기 진동데이터에 대해 상기 훈련모드에서 추출된 상기 특징 조합의 특징에 대응하는 상기 군집모드의 특징을 추출하고, 추출된 군집모드의 특징에 대한 건전성 표시자를 계산하여 출력하는 실시간 특징 추출부; 및
    상기 건전성 표시자와 상기 평가 DB에 저장된 기준 건전성 평가정보의 해당 사이클의 건전성 표시자를 비교하여 상기 회전체의 실시간 건전성을 평가하는 건전성 평가부를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전체 건전성 평가 시스템.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 군집모드는 속도의 가변에 따른 제1군집모드 및 제2군집모드로 구성되고,
    상기 특징의 제1 개수는 13개이고,
    상기 선택되는 제2 개수는 5개인 것을 특징으로 하는 회전체 건전성 평가 시스템.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 회전체 상태측정부는,
    회전체의 회전 시 발생되는 온도를 측정하는 회전체 온도 측정부를 더 포함하되,
    상기 제어부는,
    상기 회전체 온도 측정부에 의해 측정되는 온도가 미리 설정된 기준 온도를 초과하면 상기 회전체가 고장난 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 회전체 건전성 평가 시스템.
  9. 제어모듈이 훈련모드에서 회전체가 처음 회전하여 고장날 때까지의 구동조건 처리부에 의해 회전체에 가변적으로 가해지는 사이클별 구동조건에 따른 구동조건 정보 및 상기 사이클별 구동조건에 따라 회전체 상태측정부로부터 측정되는 진동신호에 대한 진동데이터를 획득하여 데이터세트 DB에 저장하고, 상기 구동조건 정보에 따른 사이클별 군집모드를 구분한 사이클별 군집모드 정보를 구동조건 DB에 저장하며, 상기 진동데이터로부터 군집모드별 특징들을 추출한 후, 추출된 특징 중 사이클에 대한 상관관계가 큰 군집모드별 복수의 특징을 선택하고, 선택된 군집모드별 복수의 특징을 조합한 특징 조합의 특징들의 전 사이클에 대한 기준 건전성 표시자를 포함하는 기준 건전성 평가정보를 생성하여 평가 DB에 저장하는 훈련 과정; 및
    상기 제어모듈이 평가모드에서 실시간 회전체에 가해지는 구동조건에 대해 실시간 획득되는 구동조건 정보와 상기 훈련모드에서 미리 저장된 군집모드 정보를 비교하여 상기 실시간 획득되는 구동조건 정보의 군집모드를 식별하고, 실시간 획득되는 진동데이터로부터 상기 특징 조합의 특징에 대응하는 식별된 군집모드의 특징들을 추출한 후, 상기 군집모드의 특징에 대한 건전성 표시자를 계산하여 상기 건전성 평가정보의 해당 사이클의 건전성 표시자를 비교하여 회전체의 건전성을 평가하는 실시간 평가 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 회전체 건전성 평가 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 훈련모드 및 상기 평가모드 중 하나를 설정하는 모드 설정 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 회전체 건전성 평가 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 훈련 과정은,
    상기 제어모듈의 제어부가 구동조건 제어부를 통해 미리 설정된 사이클별 구동조건 정보에 따라 회전체 구동조건 인가부를 제어하여, 상기 회전체를 구동조건에 따라 회전시키고 상기 회전체에 하중을 가하는 구동조건 제어 단계;
    상기 제어모듈의 제어부가 회전체 진동측정부를 통해 회전체가 고장날 때까지의 진동신호를 입력받고 입력되는 진동신호에 대한 진동데이터를 상기 데이터세트 DB에 저장하고, 상기 회전체 진동측정부와 시간적으로 동기화되어 회전체 구동조건 측정부를 통해 상기 회전체에 가해지는 부하 및 속도를 포함하는 사이클에 따른 회전체 구동조건에 대한 구동조건 정보를 획득하여 사이클별 구동조건 정보를 상기 구동조건 DB에 저장하는 데이터세트 수집 단계;
    상기 제어부가 수집된 구동조건 정보를 사이클에 따라 클러스터링하여 군집을 생성하고, 생성된 군집에 따른 사이클별 군집모드를 설정하는 군집 클러스터링 단계;
    상기 제어부가 훈련모드에서 회전체 상태정보 획득부로부터 획득되는 진동데이터 및 클러스터링부로부터 획득되는 군집모드에 의해 제1 개수의 군집모드별 특징을 추출하여 출력하는 특징 추출 단계;
    상기 제어부가 각 특징별 상관계수에 따라 상기 군집모드별 제1 개수의 특징 중 제2 개수의 특징을 선택하고 선택된 제2개수의 특징을 조합한 특징 조합에 대한 건전성 표시자를 계산하고, 계산된 건전성 표시자에 대한 상관계수를 구하는 특징 평가 단계;
    상기 제어부가 상기 특징 조합의 상관계수 중 가장 높은 상관계수를 갖는 군집모드별 특징 조합을 추출하는 군집 특징 조합 단계; 및
    상기 제어부가 추출된 군집모드별 특징 조합의 특징들에 대한 전 사이클의 건전성 표시자를 포함하는 건전성 평가정보를 생성하여 상기 평가 DB에 저장하는 건전성 평가정보 생성 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전체 건전성 평가 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 특징 평가 단계는,
    상기 제어부가 상기 각 특징의 군집모드별로 사이클에 대한 상관계수를 계산하고 상관계수의 절대값이 큰 상기 제2 개수의 군집모드별 특징을 선택하여 출력하는 스칼라 평가 단계; 및
    상기 제어부가 상기 선택된 제2 개수의 군집모드별 특징들을 조합한 군집모드별 특징 조합을 구성하고, 구성된 특징 조합에 대한 마할라노비스 거리를 계산한후, 군집모드별 특징 조합의 사이클에 대한 마할라노비스 거리의 상관계수를 계산 하고, 상관계수가 가장 큰 특징 조합을 기준 특징 조합으로 설정하고, 상기 기준 특징 조합의 특징들에 대한 전 사이클에 대한 건전성 표시자를 포함하는 건전성 평가정보를 생성하여 평가 DB에 저장하는 벡터 평가 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전체 건전성 평가 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 실시간 평가 과정은,
    상기 제어부가 평가모드에서 회전체 구동조건 획득부로부터 입력되는 구동조건 정보 및 구동조건 DB에 미리 저장되어 있는 사이클별 군집모드 정보를 비교하여 상기 구동조건 정보의 군집모드를 식별하고, 식별된 군집모드 정보를 출력하는 군집 식별 단계;
    상기 제어부가 상기 평가모드에서 실시간 입력되는 진동데이터 및 군집 식별부에서 식별된 군집모드 정보를 입력받고, 상기 진동데이터에 대해 상기 훈련모드에서 추출된 상기 특징 조합의 특징에 대응하는 상기 군집모드의 특징을 추출하고, 추출된 군집모드의 특징에 대한 건전성 표시자를 계산하여 출력하는 실시간 특징 추출 단계; 및
    상기 제어부가 상기 건전성 표시자와 상기 평가 DB에 저장된 기준 건전성 평가정보의 해당 사이클의 건전성 표시자를 비교하여 상기 회전체의 실시간 건전성을 평가하는 건전성 평가 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전체 건전성 평가 방법.
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