KR102621106B1 - Apparatus and method for fault diagnosis of ship engines - Google Patents

Apparatus and method for fault diagnosis of ship engines Download PDF

Info

Publication number
KR102621106B1
KR102621106B1 KR1020220175259A KR20220175259A KR102621106B1 KR 102621106 B1 KR102621106 B1 KR 102621106B1 KR 1020220175259 A KR1020220175259 A KR 1020220175259A KR 20220175259 A KR20220175259 A KR 20220175259A KR 102621106 B1 KR102621106 B1 KR 102621106B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
data
classification model
ship engine
failure classification
failure
Prior art date
Application number
KR1020220175259A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
변성훈
김시문
박철수
추연성
심기찬
Original Assignee
한국해양과학기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국해양과학기술원 filed Critical 한국해양과학기술원
Priority to KR1020220175259A priority Critical patent/KR102621106B1/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102621106B1 publication Critical patent/KR102621106B1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63BSHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B79/00Monitoring properties or operating parameters of vessels in operation
    • B63B79/30Monitoring properties or operating parameters of vessels in operation for diagnosing, testing or predicting the integrity or performance of vessels
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63BSHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B79/00Monitoring properties or operating parameters of vessels in operation
    • B63B79/20Monitoring properties or operating parameters of vessels in operation using models or simulation, e.g. statistical models or stochastic models
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1497With detection of the mechanical response of the engine
    • F02D41/1498With detection of the mechanical response of the engine measuring engine roughness
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/22Safety or indicating devices for abnormal conditions
    • F02D41/221Safety or indicating devices for abnormal conditions relating to the failure of actuators or electrically driven elements
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B23/00Testing or monitoring of control systems or parts thereof
    • G05B23/02Electric testing or monitoring
    • G05B23/0205Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults
    • G05B23/0218Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults characterised by the fault detection method dealing with either existing or incipient faults
    • G05B23/0224Process history based detection method, e.g. whereby history implies the availability of large amounts of data
    • G05B23/024Quantitative history assessment, e.g. mathematical relationships between available data; Functions therefor; Principal component analysis [PCA]; Partial least square [PLS]; Statistical classifiers, e.g. Bayesian networks, linear regression or correlation analysis; Neural networks
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B23/00Testing or monitoring of control systems or parts thereof
    • G05B23/02Electric testing or monitoring
    • G05B23/0205Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults
    • G05B23/0218Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults characterised by the fault detection method dealing with either existing or incipient faults
    • G05B23/0243Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults characterised by the fault detection method dealing with either existing or incipient faults model based detection method, e.g. first-principles knowledge model
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B23/00Testing or monitoring of control systems or parts thereof
    • G05B23/02Electric testing or monitoring
    • G05B23/0205Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults
    • G05B23/0259Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults characterized by the response to fault detection
    • G05B23/0275Fault isolation and identification, e.g. classify fault; estimate cause or root of failure
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06NCOMPUTING ARRANGEMENTS BASED ON SPECIFIC COMPUTATIONAL MODELS
    • G06N20/00Machine learning
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06NCOMPUTING ARRANGEMENTS BASED ON SPECIFIC COMPUTATIONAL MODELS
    • G06N3/00Computing arrangements based on biological models
    • G06N3/02Neural networks
    • G06N3/08Learning methods

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Data Mining & Analysis (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Probability & Statistics with Applications (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Computational Linguistics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Testing Of Engines (AREA)

Abstract

선박 엔진 고장 진단 장치 및 방법이 개시된다. 선박 엔진 고장 진단 방법은, 선박 엔진에 대한 진동 데이터를 수집하는 단계, 수집된 진동 데이터의 푸리에 변환을 통해 선박 엔진에 대한 전력 스펙트럼 밀도(Power Spectral Density) 데이터 또는 스펙트로그램(Spectrogram) 데이터를 산출하는 단계, 전력 스펙트럼 밀도 데이터 또는 스펙트로그램 데이터의 차원을 축소하여 학습 데이터를 생성하는 단계, 생성된 학습 데이터에 대하여 신경망을 이용한 기계학습을 수행하여 고장 분류 모델을 생성하는 단계 및 생성된 고장 분류 모델을 이용하여, 실시간 획득되는 선박 엔진의 전력 스펙트럼 밀도 데이터 또는 스펙트로그램 데이터로부터 선박 엔진의 고장 여부를 판별하는 단계를 포함한다.An apparatus and method for diagnosing a ship engine failure are disclosed. The ship engine failure diagnosis method includes collecting vibration data for the ship engine and calculating power spectral density data or spectrogram data for the ship engine through Fourier transform of the collected vibration data. Step, generating learning data by reducing the dimension of power spectrum density data or spectrogram data, performing machine learning using a neural network on the generated learning data to generate a failure classification model, and generating the generated failure classification model. It includes the step of determining whether the ship engine is broken from power spectral density data or spectrogram data of the ship engine acquired in real time.

Description

선박 엔진 고장 진단 장치 및 방법{Apparatus and method for fault diagnosis of ship engines}Ship engine failure diagnosis apparatus and method {Apparatus and method for fault diagnosis of ship engines}

본 발명은 선박 엔진 고장 진단 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a ship engine failure diagnosis device and method.

자율운항선박과 같이 무인 또는 최소 인원만으로 운용되는 선박을 운항하기 위해서는, 안전을 위해 선박 기관시스템의 효과적인 상태진단 방법이 필요하다. 진동 신호는 기관 상태에 영향을 주지 않고 측정이 가능하고, 기관 건전성과 관련된 정보를 풍부히 지니고 있어, 상태진단에 폭넓게 사용되고 있다.In order to operate unmanned or minimally manned ships such as autonomous ships, an effective status diagnosis method of the ship's engine system is required for safety. Vibration signals can be measured without affecting the condition of the engine and contain abundant information related to the health of the engine, so they are widely used in health diagnosis.

그런데, 진동 데이터는 다른 데이터에 비해 상대적으로 샘플율이 높은 단점이 있다. 즉, 높은 샘플율은 데이터의 차원수를 증가시키고, 데이터 차원수 증가는 상태진단에 사용되는 머신러닝 알고리즘의 크기를 증가시키고, 훈련을 느리게 만들거나 최적해 탐색을 어렵게 만들 수 있다.However, vibration data has the disadvantage of having a relatively high sample rate compared to other data. In other words, a high sample rate increases the number of dimensions of the data, and an increase in the number of data dimensions increases the size of the machine learning algorithm used for condition diagnosis, which can make training slow or make optimal search difficult.

따라서, 이를 완화시킨 선박 엔진의 고장 진단 기술이 요구된다.Therefore, there is a need for a ship engine failure diagnosis technology that alleviates this problem.

대한민국등록특허공보 제10-1374840호(2014.03.10)Republic of Korea Patent Publication No. 10-1374840 (2014.03.10)

본 발명은 선박 엔진으로부터 수집된 진동 데이터의 차원을 축소하여 학습 데이터를 생성하고, 생성된 학습 데이터의 학습을 통해 고장 분류 모델을 산출하고, 산출된 고장 분류 모델을 이용하여 선박 엔진의 고장 진단을 수행하는 선박 엔진 고장 진단 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.The present invention generates learning data by reducing the dimension of vibration data collected from ship engines, calculates a failure classification model through learning of the generated learning data, and uses the calculated failure classification model to diagnose ship engine failures. The purpose is to provide a ship engine failure diagnosis device and method.

본 발명의 일 측면에 따르면, 선박 엔진 고장 진단 장치가 수행하는 선박 엔진 고장 진단 방법이 개시된다.According to one aspect of the present invention, a method for diagnosing a marine engine failure performed by a marine engine failure diagnosis apparatus is disclosed.

본 발명의 실시예에 따른 선박 엔진 고장 진단 방법은, 선박 엔진에 대한 진동 데이터를 수집하는 단계, 상기 수집된 진동 데이터의 푸리에 변환을 통해 상기 선박 엔진에 대한 전력 스펙트럼 밀도(Power Spectral Density) 데이터 또는 스펙트로그램(Spectrogram) 데이터를 산출하는 단계, 상기 전력 스펙트럼 밀도 데이터 또는 상기 스펙트로그램 데이터의 차원을 축소하여 학습 데이터를 생성하는 단계, 상기 생성된 학습 데이터에 대하여 신경망을 이용한 기계학습을 수행하여 고장 분류 모델을 생성하는 단계 및 상기 생성된 고장 분류 모델을 이용하여, 실시간 획득되는 상기 선박 엔진의 전력 스펙트럼 밀도 데이터 또는 스펙트로그램 데이터로부터 상기 선박 엔진의 고장 여부를 판별하는 단계를 포함한다.A marine engine failure diagnosis method according to an embodiment of the present invention includes collecting vibration data for a marine engine, power spectral density data for the marine engine through Fourier transform of the collected vibration data, or Calculating spectrogram data, generating learning data by reducing the dimension of the power spectral density data or the spectrogram data, and classifying faults by performing machine learning using a neural network on the generated learning data. It includes generating a model and using the generated failure classification model to determine whether the marine engine has failed from power spectral density data or spectrogram data of the marine engine obtained in real time.

상기 학습 데이터를 생성하는 단계는, 주성분 분석(PCA: Principal Component Analysis), 비음수 행렬 분해(NMF: Nonnegative Matrix Factorization) 및 오토인코더(Autoencoder) 중 적어도 하나를 이용하여 전력 스펙트럼 밀도 데이터 또는 스펙트로그램 데이터의 차원을 축소한다.The step of generating the learning data includes power spectral density data or spectrogram data using at least one of Principal Component Analysis (PCA), Nonnegative Matrix Factorization (NMF), and Autoencoder. Reduce the dimension of

상기 학습 데이터를 생성하는 단계는, 상기 주성분 분석을 이용하여 제1 학습 데이터를 생성하는 단계, 상기 비음수 행렬 분해를 이용하여 제2 학습 데이터를 생성하는 단계 및 상기 오토인코더를 이용하여 제3 학습 데이터를 생성하는 단계를 포함하고, 상기 고장 분류 모델을 생성하는 단계는, 상기 생성된 제1 학습 데이터, 제2 학습 데이터 및 제3 학습 데이터에 대하여 모두 기계학습을 수행하여 전체 고장 분류 모델을 생성한다.Generating the training data includes generating first training data using the principal component analysis, generating second training data using the non-negative matrix decomposition, and third learning using the autoencoder. It includes generating data, and the step of generating the failure classification model includes performing machine learning on all of the generated first learning data, second learning data, and third learning data to generate an entire failure classification model. do.

상기 선박 엔진의 고장 여부를 판별하는 단계는, 상기 생성된 전체 고장 분류 모델, 제1 고장 분류 모델, 제2 고장 분류 모델 및 제3 고장 분류 모델을 모두 사용하여 선박 엔진의 고장 여부를 판별하고, 상기 전체 고장 분류 모델을 통해 산출된 판별 결과를 최종 판별 결과로 간주한다.The step of determining whether the marine engine has failed includes determining whether the marine engine has failed using all of the generated overall failure classification model, first failure classification model, second failure classification model, and third failure classification model, The determination result calculated through the overall failure classification model is considered the final determination result.

상기 선박 엔진 고장 진단 방법은, 상기 판별 결과를 육상관제 장치로 전송하는 단계를 더 포함하되, 상기 판별 결과는 상기 선박 엔진의 고장 여부 정보 및 상기 학습 데이터를 포함하고, 상기 육상관제 장치는 상기 판별 결과의 수신에 따라 미리 저장된 정상 데이터와 상기 학습 데이터 사이의 거리 측정을 통한 고장진단을 수행하여 상기 선박 엔진의 고장 여부를 판별한다.The method for diagnosing a ship engine failure further includes transmitting the determination result to a land control device, wherein the determination result includes information on whether the ship engine has failed and the learning data, and the shore control device determines the Upon receipt of the results, failure diagnosis is performed by measuring the distance between pre-stored normal data and the learning data to determine whether the ship engine is broken.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 선박 엔진 고장 진단 장치가 개시된다.According to another aspect of the present invention, a marine engine failure diagnosis device is disclosed.

본 발명의 실시예에 따른 선박 엔진 고장 진단 장치는, 명령어를 저장하는 메모리 및 상기 명령어를 실행하는 프로세서를 포함하되, 상기 명령어는, 선박 엔진에 대한 진동 데이터를 수집하는 단계, 상기 수집된 진동 데이터의 푸리에 변환을 통해 상기 선박 엔진에 대한 전력 스펙트럼 밀도(Power Spectral Density) 데이터 또는 스펙트로그램(Spectrogram) 데이터를 산출하는 단계, 상기 전력 스펙트럼 밀도 데이터 또는 상기 스펙트로그램 데이터의 차원을 축소하여 학습 데이터를 생성하는 단계, 상기 생성된 학습 데이터에 대하여 신경망을 이용한 기계학습을 수행하여 고장 분류 모델을 생성하는 단계 및 상기 생성된 고장 분류 모델을 이용하여, 실시간 획득되는 상기 선박 엔진의 전력 스펙트럼 밀도 데이터 또는 스펙트로그램 데이터로부터 상기 선박 엔진의 고장 여부를 판별하는 단계를 포함하는 선박 엔진 고장 진단 방법을 수행한다.A marine engine failure diagnosis apparatus according to an embodiment of the present invention includes a memory for storing a command and a processor for executing the command, wherein the command includes: collecting vibration data for a marine engine, and the collected vibration data. Calculating power spectral density data or spectrogram data for the ship engine through Fourier transform, generating learning data by reducing the dimension of the power spectral density data or spectrogram data. A step of generating a failure classification model by performing machine learning using a neural network on the generated learning data, and using the generated failure classification model, power spectrum density data or spectrogram of the ship engine acquired in real time. A ship engine failure diagnosis method is performed including the step of determining whether the ship engine is broken from data.

본 발명의 실시예에 따른 선박 엔진 고장 진단 장치 및 방법은, 선박 엔진으로부터 수집된 진동 데이터의 차원을 축소하여 학습 데이터를 생성하고, 생성된 학습 데이터의 학습을 통해 고장 분류 모델을 산출하고, 산출된 고장 분류 모델을 이용하여 선박 엔진의 고장 진단을 수행할 수 있다.The marine engine failure diagnosis apparatus and method according to an embodiment of the present invention generates learning data by reducing the dimension of vibration data collected from a marine engine, calculates a failure classification model through learning of the generated learning data, and calculates Failure diagnosis of ship engines can be performed using the fault classification model.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 선박 엔진 고장 진단 시스템의 구성을 개략적으로 예시하여 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 선박 엔진 고장 진단 장치가 수행하는 선박 엔진 고장 진단 방법을 개략적으로 예시하여 나타낸 흐름도.
도 3 내지 도 5는 도 2의 본 발명의 실시예에 따른 선박 엔진 고장 진단 방법을 설명하기 위한 도면.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 선박 엔진 고장 진단 장치의 구성을 개략적으로 예시하여 나타낸 도면.
1 is a diagram schematically illustrating the configuration of a ship engine failure diagnosis system according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a flow chart schematically illustrating a ship engine failure diagnosis method performed by a ship engine failure diagnosis device according to an embodiment of the present invention.
3 to 5 are diagrams for explaining a method for diagnosing a ship engine failure according to an embodiment of the present invention of FIG. 2.
Figure 6 is a diagram schematically illustrating the configuration of a ship engine failure diagnosis device according to an embodiment of the present invention.

본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.As used herein, singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as “consists of” or “comprises” should not be construed as necessarily including all of the various components or steps described in the specification, and some of the components or steps may be included in the specification. It may not be included, or it should be interpreted as including additional components or steps. In addition, terms such as "... unit" and "module" used in the specification refer to a unit that processes at least one function or operation, which may be implemented as hardware or software, or as a combination of hardware and software. .

이하, 본 발명의 다양한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상술하겠다. Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 선박 엔진 고장 진단 시스템의 구성을 개략적으로 예시하여 나타낸 도면이다.1 is a diagram schematically illustrating the configuration of a ship engine failure diagnosis system according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 선박 엔진 고장 진단 시스템은, 자율운항선박(10)에 설치되는 선박 엔진 고장 진단 장치(100) 및 육상관제센터(20)에 설치되는 육상관제 장치(200)를 포함하여 구성될 수 있다.Referring to FIG. 1, the marine engine failure diagnosis system according to an embodiment of the present invention includes a marine engine failure diagnosis device 100 installed in an autonomous ship 10 and a land control device installed in the land control center 20. It may be configured to include (200).

예를 들어, 자율운항선박(10)과 육상관제센터(20) 간의 통신은 LTE-Maritime과 같은 해양통신망을 통해 이루어질 수 있다.For example, communication between the autonomous ship 10 and the land control center 20 can be accomplished through a maritime communication network such as LTE-Maritime.

여기서, 선박 엔진 고장 진단 장치(100) 및 육상관제 장치(200)는 네트워크 연결 가능한 서버를 통해 구현될 수 있다. 예를 들어, 서버는 자율운항선박(100)의 제어, 관리, 고장 진단 등의 기능을 수행하거나, 자율운항선박(100)의 운항을 지원하는 기능을 수행할 수 있으며, 본 발명의 실시예에 따른 선박 엔진 고장 진단 장치(100) 또는 육상관제 장치(200)를 포함하여 구성될 수 있다.Here, the ship engine failure diagnosis device 100 and the land control device 200 may be implemented through a network-connectable server. For example, the server may perform functions such as control, management, and fault diagnosis of the autonomous vessel 100, or may perform functions to support the operation of the autonomous vessel 100, and may be used in embodiments of the present invention. It may be configured to include a ship engine failure diagnosis device 100 or a land control device 200.

본 명세서에서 서버란 본 발명의 실시예에 따른 선박 엔진 고장 진단 방법을 수행하는 컴퓨팅 디바이스로서, 하나 또는 둘 이상의 물리적 개체일 수 있다. 서버가 복수의 물리적 개체로 나뉘어 구현될 때, 각각의 물리적 개체의 관리 주체는 서로 상이할 수 있다. 서버에는 각각의 데이터베이스에 대응되는 정보를 저장하는 소프트웨어 및 하드웨어의 기능적 구조적 결합을 의미하는 DB가 포함될 수 있으며, DB는 적어도 하나의 테이블로 구현될 수도 있으며, 데이터베이스에 저장된 정보를 검색, 저장, 및 관리하기 위한 별도의 DBMS(Database Management System)을 더 포함할 수도 있다. 또한, 링크드 리스트(linked-list), 트리(Tree), 관계형 데이터베이스의 형태 등 다양한 방식으로 구현될 수 있으며, 데이터베이스에 대응되는 정보를 저장할 수 있는 모든 데이터 저장매체 및 데이터 구조를 포함한다.In this specification, a server is a computing device that performs a ship engine failure diagnosis method according to an embodiment of the present invention, and may be one or two or more physical entities. When a server is divided into multiple physical entities and implemented, the management entity of each physical entity may be different. The server may include a DB, which refers to a functional and structural combination of software and hardware that stores information corresponding to each database. The DB may be implemented as at least one table, and the information stored in the database can be searched, stored, and It may also include a separate DBMS (Database Management System) for management. In addition, it can be implemented in various ways, such as in the form of a linked-list, tree, or relational database, and includes all data storage media and data structures that can store information corresponding to the database.

이러한 선박 엔진 고장 진단 장치(100)는 자율운항선박(10)의 선박 엔진의 진동 데이터를 수집하여 고장 진단을 수행하고, 고장 진단 결과를 육상관제 장치(200)로 전송할 수 있다.This marine engine failure diagnosis device 100 collects vibration data of the marine engine of the autonomous ship 10, performs failure diagnosis, and transmits the failure diagnosis result to the shore control device 200.

이와 같은 본 발명의 실시예에 따른 선박 엔진 고장 진단 장치(100)의 동작에 대하여 이후 도 2 내지 도 5를 참조하여 상세히 후술하기로 한다.The operation of the marine engine failure diagnosis device 100 according to an embodiment of the present invention will be described in detail later with reference to FIGS. 2 to 5.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 선박 엔진 고장 진단 장치가 수행하는 선박 엔진 고장 진단 방법을 개략적으로 예시하여 나타낸 흐름도이고, 도 3 내지 도 5는 도 2의 본 발명의 실시예에 따른 선박 엔진 고장 진단 방법을 설명하기 위한 도면이다. 이하, 도 2를 중심으로, 본 발명의 실시예에 따른 선박 엔진 고장 진단 방법에 대하여 설명하되, 도 3 내지 도 5를 참조하기로 한다.Figure 2 is a flowchart schematically illustrating a method of diagnosing a marine engine failure performed by a marine engine failure diagnosis apparatus according to an embodiment of the present invention, and Figures 3 to 5 are a flow chart showing a marine engine failure diagnosis method according to an embodiment of the present invention in Figure 2. This diagram is intended to explain the fault diagnosis method. Hereinafter, a method for diagnosing a ship engine failure according to an embodiment of the present invention will be described, focusing on FIG. 2, with reference to FIGS. 3 to 5.

S210 단계에서, 선박 엔진 고장 진단 장치(100)는, 선박 엔진에 대한 진동 데이터를 수집한다.In step S210, the marine engine failure diagnosis device 100 collects vibration data about the marine engine.

즉, 선박 엔진 고장 진단 장치(100)는 가속도계를 이용하여 미리 설정된 샘플율로 미리 설정된 시간동안 선박 엔진의 진동 신호를 획득함으로써, 선박 엔진의 시계열적인 진동 데이터를 수집할 수 있다. 이때, 진동 데이터는 정상 상태의 진동 데이터 및 고장 상태의 진동 데이터로 구분되어 수집될 수 있다.That is, the marine engine failure diagnosis apparatus 100 may collect time-series vibration data of the marine engine by acquiring a vibration signal of the marine engine for a preset time at a preset sample rate using an accelerometer. At this time, the vibration data may be collected separately into vibration data in a normal state and vibration data in a fault state.

이와 같은 진동 데이터는 비파괴적 측정이 가능하고, 기계 건전성과 관련된 많은 정보를 포함하고, 초기에 이상 여부를 알려주는 지표로 활용될 수 있고, 샘플율이 높은 특징이 있다.Such vibration data can be measured non-destructively, contains a lot of information related to machine health, can be used as an indicator of early abnormalities, and has a high sample rate.

S220 단계에서, 선박 엔진 고장 진단 장치(100)는, 수집된 진동 데이터의 푸리에 변환을 통해 선박 엔진에 대한 전력 스펙트럼 밀도(Power Spectral Density) 데이터 또는 스펙트로그램(Spectrogram) 데이터를 산출한다.In step S220, the marine engine failure diagnosis apparatus 100 calculates power spectral density data or spectrogram data for the marine engine through Fourier transform of the collected vibration data.

예를 들어, 도 3을 참조하면, 수집된 진동 데이터의 푸리에 변환을 통해 총 10분의 진동 데이터가 0.16초 단위로 나뉘어 전력 스펙트럼 밀도로 변환될 수 있다. 이러한 전력 스펙트럼 밀도는 특정 주파수 영역에서 정상 상태와 고장 상태가 다른 형태를 보인다.For example, referring to FIG. 3, a total of 10 minutes of vibration data can be divided into 0.16 second units and converted into a power spectral density through Fourier transform of the collected vibration data. This power spectral density shows different shapes in normal and fault states in a specific frequency range.

도 4는 고장종류별 5초 길이의 샘플 데이터에 대한 전력 스펙트럼 밀도 그래프의 예를 나타낸다.Figure 4 shows an example of a power spectrum density graph for 5 second long sample data for each failure type.

이러한 전력 스펙트럼 밀도는 엔진 사이클에 동기화되지 않는 데이터에 적용이 가능하고, 시간적인 변환 감지에는 제한이 있고, 정보 차원의 크기가 큰 특징이 있다. 이는 학습의 시간 및 계산량이 커지게 하므로, 정보 손실을 최소화하면서 정보의 차원을 요약하거나 감소시키는 것이 필요하다.This power spectral density can be applied to data that is not synchronized to the engine cycle, has limitations in detecting temporal transitions, and is characterized by a large information dimension. Since this increases the learning time and amount of calculation, it is necessary to summarize or reduce the dimension of information while minimizing information loss.

S230 단계에서, 선박 엔진 고장 진단 장치(100)는, 선박 엔진에 대한 전력 스펙트럼 밀도 데이터 또는 스펙트로그램 데이터의 차원을 축소하여 학습 데이터를 생성한다.In step S230, the marine engine failure diagnosis apparatus 100 generates learning data by reducing the dimension of power spectrum density data or spectrogram data for the marine engine.

즉, 선박 엔진 고장 진단 장치(100)는 도 5에 도시된 바와 같이, 주성분 분석(PCA: Principal Component Analysis), 비음수 행렬 분해(NMF: Nonnegative Matrix Factorization) 및 오토인코더(Autoencoder) 중 적어도 하나를 이용하여 전력 스펙트럼 밀도 데이터 또는 스펙트로그램 데이터의 차원을 축소할 수 있다.That is, as shown in FIG. 5, the marine engine failure diagnosis device 100 uses at least one of Principal Component Analysis (PCA), Nonnegative Matrix Factorization (NMF), and Autoencoder. You can use this to reduce the dimensionality of power spectral density data or spectrogram data.

여기서, 주성분 분석은 데이터들의 분산이 크게 나타나는 방향 벡터에 해당하는 주성분을 계산하여 데이터를 방향 벡터에 투영하는 것으로, 상관성이 높은 변수들로 데이터의 차원을 축소 및 요약하는 방법이다.Here, principal component analysis calculates the principal component corresponding to the direction vector in which the data has a large variance and projects the data onto the direction vector. It is a method of reducing and summarizing the dimension of the data with highly correlated variables.

예를 들어, 주성분 분석의 경우, 하기 수학식을 이용하여 수집된 진동 데이터의 특이값 분해를 통해, 수집된 진동 데이터 행렬 X로부터 기저 행렬(basis matrix) U를 계산한다.For example, in the case of principal component analysis, a basis matrix U is calculated from the collected vibration data matrix X through singular value decomposition of the collected vibration data using the equation below.

여기서, 는 직교 행렬(orthogonal matrices)이고, 는 내림차순으로 대각선 항목으로서, XTX의 0이 아닌 고유값(nonzero eigenvalues)을 포함하는 대각선 행렬(diagonal matrix)이다.here, are orthogonal matrices, is a diagonal matrix containing the nonzero eigenvalues of X T

이어, 진동 데이터 행렬로부터 계산된 U를 이용하여 하기 수학식과 같이, 차원이 감소된 학습 데이터 행렬 QPCA를 산출할 수 있다.Next, using U calculated from the vibration data matrix, a training data matrix Q PCA with reduced dimension can be calculated as shown in the following equation.

여기서, 는 U의 첫번째 k열에서 선택되는 투영 행렬이다. QPCA의 열은 k 차원을 갖고, 원본 Xtest의 열은 n 차원을 가진다.here, is a projection matrix selected from the first k columns of U. The columns of Q PCA have k dimensions, and the columns of the original X test have n dimensions.

그리고, 비음수 행렬 분해는 음수를 포함하지 않는 행렬을 음수를 포함하지 않는 두 행렬의 곱으로 분해하는 알고리즘이다.And, non-negative matrix decomposition is an algorithm that decomposes a matrix that does not contain negative numbers into the product of two matrices that do not contain negative numbers.

예를 들어, 비음수 행렬 분해의 경우, 음이 아닌 두 행렬 W와 H의 곱으로 하기 수학식과 같이, 진동 데이터 행렬 X를 근사화한다.For example, in the case of non-negative matrix decomposition, the vibration data matrix X is approximated as the product of two non-negative matrices W and H, as shown in the equation below.

여기서, 는 기저 행렬이고, 은 계수 행렬이다.here, is the basis matrix, is the coefficient matrix.

차원이 감소된 학습 데이터 행렬 QPCA는 하기 수학식과 같이, 학습된 기저 행렬 W를 이용한 Xtest의 인수분해를 통해 획득된다.The learning data matrix Q PCA with reduced dimensionality is obtained through factorization of X test using the learned basis matrix W, as shown in the equation below.

주성분 분석처럼, QNMF의 열은 k 차원을 갖고, 원본 Xtest의 열은 n 차원을 가진다.Like principal component analysis, the columns of Q NMF have k dimensions, and the columns of the original X test have n dimensions.

그리고, 오토인코더는 고차원 입력 벡터를 유효한 데이터 성분을 가진 저차원 인코딩(encoding)으로 추출한 후, 인코딩으로부터 출력 벡터를 재구성하는 것을 목표로 하는 신경망이다.And, an autoencoder is a neural network that aims to extract a high-dimensional input vector into low-dimensional encoding with valid data components and then reconstruct an output vector from the encoding.

예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 3개의 레이어로 구성된 오토인코더가 사용될 수 있으며, 1차원 인코딩부터 30차원 인코딩을 통해 차원이 감소된 학습 데이터 행렬이 산출될 수 있다.For example, as shown in FIG. 5, an autoencoder consisting of three layers can be used, and a learning data matrix with reduced dimension can be calculated through 1-dimensional encoding to 30-dimensional encoding.

S240 단계에서, 선박 엔진 고장 진단 장치(100)는, 생성된 학습 데이터에 대하여 신경망을 이용한 기계학습을 수행하여 고장 분류 모델을 생성한다.In step S240, the marine engine failure diagnosis apparatus 100 generates a failure classification model by performing machine learning using a neural network on the generated learning data.

예를 들어, 선박 엔진 고장 진단 장치(100)는 주성분 분석을 이용한 전력 스펙트럼 밀도 데이터 또는 스펙트로그램 데이터의 차원 축소를 통해 제1 학습 데이터를 생성하고, 비음수 행렬 분해를 이용한 전력 스펙트럼 밀도 데이터 또는 스펙트로그램 데이터의 차원 축소를 통해 제2 학습 데이터를 생성하고, 오토인코더를 이용한 전력 스펙트럼 밀도 데이터 또는 스펙트로그램 데이터의 차원 축소를 통해 제3 학습 데이터를 생성할 수 있다. 그리고, 선박 엔진 고장 진단 장치(100)는 생성된 제1 학습 데이터, 제2 학습 데이터 및 제3 학습 데이터에 대하여 모두 기계학습을 수행하여 전체 고장 분류 모델을 생성할 수 있다.For example, the ship engine failure diagnosis apparatus 100 generates first learning data through dimensionality reduction of power spectral density data or spectrogram data using principal component analysis, and generates first learning data as power spectral density data or spectrogram data using non-negative matrix decomposition. Second learning data can be generated through dimensionality reduction of gram data, and third learning data can be generated through dimensionality reduction of power spectral density data or spectrogram data using an autoencoder. In addition, the marine engine failure diagnosis apparatus 100 may perform machine learning on all of the generated first learning data, second learning data, and third learning data to generate an overall failure classification model.

이때, 선박 엔진 고장 진단 장치(100)는 제1 학습 데이터, 제2 학습 데이터 및 제3 학습 데이터 각각에 대하여 별도로 제1 고장 분류 모델, 제2 고장 분류 모델 및 제3 고장 분류 모델을 생성할 수 있다.At this time, the marine engine failure diagnosis device 100 may separately generate a first failure classification model, a second failure classification model, and a third failure classification model for each of the first learning data, second learning data, and third learning data. there is.

S250 단계에서, 선박 엔진 고장 진단 장치(100)는, 생성된 고장 분류 모델을 이용하여, 실시간 획득되는 선박 엔진의 전력 스펙트럼 밀도 데이터 또는 스펙트로그램 데이터로부터 선박 엔진의 고장 여부를 판별한다.In step S250, the marine engine failure diagnosis apparatus 100 uses the generated failure classification model to determine whether the marine engine has failed from power spectrum density data or spectrogram data of the marine engine obtained in real time.

예를 들어, 선박 엔진 고장 진단 장치(100)는 생성된 전체 고장 분류 모델, 제1 고장 분류 모델, 제2 고장 분류 모델 및 제3 고장 분류 모델을 모두 사용하여 선박 엔진의 고장 여부를 판별하고, 전체 고장 분류 모델을 통해 산출된 판별 결과를 최종 판별 결과로 간주할 수 있다. 이후, 선박 엔진 고장 진단 장치(100)는 제1 고장 분류 모델, 제2 고장 분류 모델 및 제3 고장 분류 모델 중에서 최종 판별 결과와 동일한 판별 결과를 산출하는 빈도가 가장 높은 고장 분류 모델을 결정하고, 결정된 고장 분류 모델의 생성을 위하여 사용된 차원 축소 방식 하나만을 이용하여 학습 데이터를 생성할 수 있다. 이를 통해 계산량 및 계산 복잡성이 감소될 수 있다.For example, the marine engine failure diagnosis device 100 uses all of the generated overall failure classification model, the first failure classification model, the second failure classification model, and the third failure classification model to determine whether the marine engine is broken, The determination result calculated through the overall failure classification model can be considered the final determination result. Thereafter, the marine engine failure diagnosis device 100 determines the failure classification model with the highest frequency of producing the same determination result as the final determination result among the first failure classification model, the second failure classification model, and the third failure classification model, Learning data can be generated using only the dimensionality reduction method used to generate the determined failure classification model. Through this, the amount of calculation and computational complexity can be reduced.

S260 단계에서, 선박 엔진 고장 진단 장치(100)는, 선박 엔진의 고장 여부의 판별 결과를 육상관제 장치(200)로 전송한다.In step S260, the ship engine failure diagnosis device 100 transmits the determination result of whether the ship engine is broken to the land control device 200.

예를 들어, 선박 엔진 고장 진단 장치(100)는 판별 결과를 정상 상태, 특이 상태 및 비정상 상태 중 하나로 육상관제 장치(200)로 전송할 수 있다. 이때, 판별 결과에는 주성분 분석의 경우, 정상 상태이면 주성분 분석1 및 주성분 분석2의 계수만 포함되고, 특이 상태이면 주성분 분석1 내지 주성분 분석10의 계수만 포함되고, 비정상 상태이면 주성분 분석1 내지 주성분 분석50의 계수만 포함될 수 있다.For example, the ship engine failure diagnosis device 100 may transmit the determination result to the land control device 200 in one of a normal state, an unusual state, and an abnormal state. At this time, in the case of principal component analysis, if in a normal state, only the coefficients of principal component analysis 1 and principal component analysis 2 are included in the discrimination result; if in a singular state, only the coefficients of principal component analysis 1 to principal component analysis 10 are included; and if in an abnormal state, only coefficients of principal component analysis 1 to principal component analysis 10 are included. Only coefficients from analysis 50 can be included.

즉, 선박 엔진 고장 진단 장치(100)는 선박 엔진의 고장 여부 정보 및 차원이 감소된 학습 데이터를 포함하는 판별 결과를 육상관제 장치(200)로 전송함으로써, 고장 여부에 따라 육상관제 장치(200)로 전송되는 정보의 전송량을 가변할 수 있다.In other words, the ship engine failure diagnosis device 100 transmits a determination result including information on whether the ship engine has failed and learning data with reduced dimensions to the land control device 200, so that the land control device 200 determines whether the ship engine has failed. The amount of information transmitted can be varied.

그리고, 육상관제 장치(200)는 판별 결과의 수신에 따라 미리 저장된 정상 행렬과 수신된 차원이 감소된 학습 데이터 행렬 사이의 거리 측정을 통해 정밀한 고장진단을 수행함으로써, 선박 엔진의 고장 여부를 판별할 수 있다.In addition, upon receipt of the determination result, the land control device 200 performs precise failure diagnosis by measuring the distance between the pre-stored normal matrix and the received learning data matrix with reduced dimensionality, thereby determining whether the ship engine is broken. You can.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 선박 엔진 고장 진단 장치의 구성을 개략적으로 예시하여 나타낸 도면이다.Figure 6 is a diagram schematically illustrating the configuration of a ship engine failure diagnosis device according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 선박 엔진 고장 진단 장치(100)는 프로세서(110), 메모리(120), 통신부(130) 및 인터페이스부(140)를 포함한다.Referring to FIG. 6, the marine engine failure diagnosis apparatus 100 according to an embodiment of the present invention includes a processor 110, a memory 120, a communication unit 130, and an interface unit 140.

프로세서(110)는 메모리(120)에 저장된 처리 명령어를 실행시키는 CPU 또는 반도체 소자일 수 있다.The processor 110 may be a CPU or a semiconductor device that executes processing instructions stored in the memory 120.

메모리(120)는 다양한 유형의 휘발성 또는 비휘발성 기억 매체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 메모리(120)는 ROM, RAM 등을 포함할 수 있다.Memory 120 may include various types of volatile or non-volatile storage media. For example, memory 120 may include ROM, RAM, etc.

예를 들어, 메모리(120)는 본 발명의 실시예에 따른 선박 엔진 고장 진단 방법을 수행하는 명령어들을 저장할 수 있다.For example, the memory 120 may store instructions for performing a ship engine failure diagnosis method according to an embodiment of the present invention.

통신부(130)는 통신망을 통해 다른 장치들과 데이터를 송수신하기 위한 수단이다.The communication unit 130 is a means for transmitting and receiving data with other devices through a communication network.

인터페이스부(140)는 네트워크에 접속하기 위한 네트워크 인터페이스 및 사용자 인터페이스를 포함할 수 있다.The interface unit 140 may include a network interface and a user interface for accessing a network.

한편, 전술된 실시예의 구성 요소는 프로세스적인 관점에서 용이하게 파악될 수 있다. 즉, 각각의 구성 요소는 각각의 프로세스로 파악될 수 있다. 또한 전술된 실시예의 프로세스는 장치의 구성 요소 관점에서 용이하게 파악될 수 있다.Meanwhile, the components of the above-described embodiment can be easily understood from a process perspective. In other words, each component can be understood as a separate process. Additionally, the processes of the above-described embodiments can be easily understood from the perspective of the components of the device.

또한 앞서 설명한 기술적 내용들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예들을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 하드웨어 장치는 실시예들의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.Additionally, the technical contents described above may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded on a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc., singly or in combination. Program instructions recorded on the medium may be specially designed and configured for the embodiments or may be known and available to those skilled in the art of computer software. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, and magnetic media such as floptical disks. -Includes optical media (magneto-optical media) and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, etc. Examples of program instructions include machine language code, such as that produced by a compiler, as well as high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter, etc. A hardware device may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.

상기한 본 발명의 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.The above-described embodiments of the present invention have been disclosed for illustrative purposes, and those skilled in the art will be able to make various modifications, changes, and additions within the spirit and scope of the present invention, and such modifications, changes, and additions will be possible. should be regarded as falling within the scope of the patent claims below.

10: 자율운항선박
20: 육상관제센터
100: 선박 엔진 고장 진단 장치
110: 프로세서
120: 메모리
130: 통신부
140: 인터페이스부
200: 육상관제 장치
10: Autonomous ship
20: Land control center
100: Ship engine failure diagnosis device
110: processor
120: memory
130: Department of Communications
140: Interface unit
200: Land control device

Claims (6)

선박 엔진 고장 진단 장치가 수행하는 선박 엔진 고장 진단 방법에 있어서,
선박 엔진에 대한 진동 데이터를 수집하는 단계;
상기 수집된 진동 데이터의 푸리에 변환을 통해 상기 선박 엔진에 대한 전력 스펙트럼 밀도(Power Spectral Density) 데이터 또는 스펙트로그램(Spectrogram) 데이터를 산출하는 단계;
상기 전력 스펙트럼 밀도 데이터 또는 상기 스펙트로그램 데이터의 차원을 축소하여 학습 데이터를 생성하는 단계;
상기 생성된 학습 데이터에 대하여 신경망을 이용한 기계학습을 수행하여 고장 분류 모델을 생성하는 단계;
상기 생성된 고장 분류 모델을 이용하여, 실시간 획득되는 상기 선박 엔진의 전력 스펙트럼 밀도 데이터 또는 스펙트로그램 데이터로부터 상기 선박 엔진의 고장 여부를 판별하는 단계; 및
상기 판별 결과를 육상관제 장치로 전송하는 단계를 포함하되,
상기 학습 데이터를 생성하는 단계는,
주성분 분석(PCA: Principal Component Analysis)을 이용한 전력 스펙트럼 밀도 데이터 또는 스펙트로그램 데이터의 차원 축소를 통해 제1 학습 데이터를 생성하는 단계;
비음수 행렬 분해(NMF: Nonnegative Matrix Factorization)를 이용한 전력 스펙트럼 밀도 데이터 또는 스펙트로그램 데이터의 차원 축소를 통해 제2 학습 데이터를 생성하는 단계; 및
오토인코더(Autoencoder)를 이용한 전력 스펙트럼 밀도 데이터 또는 스펙트로그램 데이터의 차원 축소를 통해 제3 학습 데이터를 생성하는 단계를 포함하고,
상기 고장 분류 모델을 생성하는 단계는,
상기 생성된 제1 학습 데이터, 제2 학습 데이터 및 제3 학습 데이터에 대하여 모두 및 각각 기계학습을 수행하여 전체 고장 분류 모델, 제1 고장 분류 모델, 제2 고장 분류 모델 및 제3 고장 분류 모델을 생성하고,
상기 선박 엔진의 고장 여부를 판별하는 단계는,
상기 생성된 전체 고장 분류 모델, 제1 고장 분류 모델, 제2 고장 분류 모델 및 제3 고장 분류 모델을 모두 사용하여 선박 엔진의 고장 여부를 판별하고, 상기 전체 고장 분류 모델을 통해 산출된 판별 결과를 최종 판별 결과로 간주하고,
상기 육상관제 장치로 전송되는 판별 결과는 상기 선박 엔진의 고장 여부 정보 및 상기 학습 데이터를 포함하고,
상기 육상관제 장치는 상기 판별 결과의 수신에 따라 미리 저장된 정상 데이터와 상기 학습 데이터 사이의 거리 측정을 통한 고장진단을 수행하여 상기 선박 엔진의 고장 여부를 판별하는 것을 특징으로 하는 선박 엔진 고장 진단 방법.
In the ship engine failure diagnosis method performed by the ship engine failure diagnosis device,
collecting vibration data for a marine engine;
Calculating power spectral density data or spectrogram data for the ship engine through Fourier transform of the collected vibration data;
generating learning data by reducing the dimension of the power spectral density data or the spectrogram data;
Generating a failure classification model by performing machine learning using a neural network on the generated learning data;
Using the generated failure classification model, determining whether the ship engine is broken from power spectral density data or spectrogram data of the ship engine acquired in real time; and
Including transmitting the determination result to a land control device,
The step of generating the learning data is,
Generating first learning data through dimensionality reduction of power spectral density data or spectrogram data using principal component analysis (PCA);
Generating second learning data through dimensionality reduction of power spectral density data or spectrogram data using nonnegative matrix factorization (NMF); and
Generating third learning data through dimensionality reduction of power spectral density data or spectrogram data using an autoencoder,
The step of generating the failure classification model is,
Machine learning is performed on all and each of the generated first learning data, second learning data, and third learning data to create an overall failure classification model, first failure classification model, second failure classification model, and third failure classification model. create,
The step of determining whether the ship engine is broken is,
The generated overall failure classification model, the first failure classification model, the second failure classification model, and the third failure classification model are all used to determine whether the ship engine has failed, and the determination result calculated through the overall failure classification model is used. Considered as the final determination result,
The determination result transmitted to the land control device includes information on whether the ship engine is broken and the learning data,
The land control device performs a fault diagnosis by measuring the distance between pre-stored normal data and the learning data upon receipt of the determination result to determine whether the ship engine is broken. A method for diagnosing a ship engine failure.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 선박 엔진 고장 진단 장치에 있어서,
명령어를 저장하는 메모리; 및
상기 명령어를 실행하는 프로세서를 포함하되,
상기 명령어는,
선박 엔진에 대한 진동 데이터를 수집하는 단계;
상기 수집된 진동 데이터의 푸리에 변환을 통해 상기 선박 엔진에 대한 전력 스펙트럼 밀도(Power Spectral Density) 데이터 또는 스펙트로그램(Spectrogram) 데이터를 산출하는 단계;
상기 전력 스펙트럼 밀도 데이터 또는 상기 스펙트로그램 데이터의 차원을 축소하여 학습 데이터를 생성하는 단계;
상기 생성된 학습 데이터에 대하여 신경망을 이용한 기계학습을 수행하여 고장 분류 모델을 생성하는 단계;
상기 생성된 고장 분류 모델을 이용하여, 실시간 획득되는 상기 선박 엔진의 전력 스펙트럼 밀도 데이터 또는 스펙트로그램 데이터로부터 상기 선박 엔진의 고장 여부를 판별하는 단계; 및
상기 판별 결과를 육상관제 장치로 전송하는 단계를 포함하는 선박 엔진 고장 진단 방법을 수행하고,
상기 학습 데이터를 생성하는 단계는,
주성분 분석(PCA: Principal Component Analysis)을 이용한 전력 스펙트럼 밀도 데이터 또는 스펙트로그램 데이터의 차원 축소를 통해 제1 학습 데이터를 생성하는 단계;
비음수 행렬 분해(NMF: Nonnegative Matrix Factorization)를 이용한 전력 스펙트럼 밀도 데이터 또는 스펙트로그램 데이터의 차원 축소를 통해 제2 학습 데이터를 생성하는 단계; 및
오토인코더(Autoencoder)를 이용한 전력 스펙트럼 밀도 데이터 또는 스펙트로그램 데이터의 차원 축소를 통해 제3 학습 데이터를 생성하는 단계를 포함하고,
상기 고장 분류 모델을 생성하는 단계는,
상기 생성된 제1 학습 데이터, 제2 학습 데이터 및 제3 학습 데이터에 대하여 모두 및 각각 기계학습을 수행하여 전체 고장 분류 모델, 제1 고장 분류 모델, 제2 고장 분류 모델 및 제3 고장 분류 모델을 생성하고,
상기 선박 엔진의 고장 여부를 판별하는 단계는,
상기 생성된 전체 고장 분류 모델, 제1 고장 분류 모델, 제2 고장 분류 모델 및 제3 고장 분류 모델을 모두 사용하여 선박 엔진의 고장 여부를 판별하고, 상기 전체 고장 분류 모델을 통해 산출된 판별 결과를 최종 판별 결과로 간주하고,
상기 판별 결과는 상기 선박 엔진의 고장 여부 정보 및 상기 학습 데이터를 포함하고,
상기 육상관제 장치는 상기 판별 결과의 수신에 따라 미리 저장된 정상 데이터와 상기 학습 데이터 사이의 거리 측정을 통한 고장진단을 수행하여 상기 선박 엔진의 고장 여부를 판별하는 것을 특징으로 하는 선박 엔진 고장 진단 장치.
In a ship engine failure diagnosis device,
Memory for storing instructions; and
Including a processor that executes the instructions,
The command is:
collecting vibration data for a marine engine;
Calculating power spectral density data or spectrogram data for the ship engine through Fourier transform of the collected vibration data;
generating learning data by reducing the dimension of the power spectral density data or the spectrogram data;
Generating a failure classification model by performing machine learning using a neural network on the generated learning data;
Using the generated failure classification model, determining whether the ship engine is broken from power spectral density data or spectrogram data of the ship engine acquired in real time; and
Performing a ship engine failure diagnosis method including transmitting the determination result to an onshore control device,
The step of generating the learning data is,
Generating first learning data through dimensionality reduction of power spectral density data or spectrogram data using principal component analysis (PCA);
Generating second learning data through dimensionality reduction of power spectral density data or spectrogram data using nonnegative matrix factorization (NMF); and
Generating third learning data through dimensionality reduction of power spectral density data or spectrogram data using an autoencoder,
The step of generating the failure classification model is,
Machine learning is performed on all and each of the generated first learning data, second learning data, and third learning data to create an overall failure classification model, first failure classification model, second failure classification model, and third failure classification model. create,
The step of determining whether the ship engine is broken is,
The generated overall failure classification model, the first failure classification model, the second failure classification model, and the third failure classification model are all used to determine whether the ship engine is broken, and the determination result calculated through the overall failure classification model is used. Considered as the final determination result,
The determination result includes information on whether the ship engine is broken and the learning data,
The land control device is a ship engine failure diagnosis device, characterized in that upon receipt of the determination result, the ship engine failure diagnosis is performed by measuring the distance between pre-stored normal data and the learning data to determine whether the ship engine is broken.
KR1020220175259A 2022-12-14 2022-12-14 Apparatus and method for fault diagnosis of ship engines KR102621106B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220175259A KR102621106B1 (en) 2022-12-14 2022-12-14 Apparatus and method for fault diagnosis of ship engines

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220175259A KR102621106B1 (en) 2022-12-14 2022-12-14 Apparatus and method for fault diagnosis of ship engines

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102621106B1 true KR102621106B1 (en) 2024-01-03

Family

ID=89538689

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020220175259A KR102621106B1 (en) 2022-12-14 2022-12-14 Apparatus and method for fault diagnosis of ship engines

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102621106B1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101374840B1 (en) 2011-07-12 2014-03-17 주식회사 칸 System and method for monitoring state of a rotation body of marine structure
KR20170080573A (en) * 2014-09-08 2017-07-10 에니람 오와이 A sensor device for providing marine vessel data
KR102316773B1 (en) * 2020-07-31 2021-10-26 삼성중공업(주) System and method for predicting health of vessel
CN113739909A (en) * 2021-09-08 2021-12-03 上海海事大学 Ship rotating machinery fault diagnosis method based on full-scale time domain averaging
CN114715354A (en) * 2022-04-08 2022-07-08 镇江赛尔尼柯自动化股份有限公司 Health management device for marine equipment and equipment state detection and fault diagnosis method

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101374840B1 (en) 2011-07-12 2014-03-17 주식회사 칸 System and method for monitoring state of a rotation body of marine structure
KR20170080573A (en) * 2014-09-08 2017-07-10 에니람 오와이 A sensor device for providing marine vessel data
KR102316773B1 (en) * 2020-07-31 2021-10-26 삼성중공업(주) System and method for predicting health of vessel
CN113739909A (en) * 2021-09-08 2021-12-03 上海海事大学 Ship rotating machinery fault diagnosis method based on full-scale time domain averaging
CN114715354A (en) * 2022-04-08 2022-07-08 镇江赛尔尼柯自动化股份有限公司 Health management device for marine equipment and equipment state detection and fault diagnosis method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10832698B2 (en) Abnormal sound detection device and abnormal sound detection method
US10819725B2 (en) Reliable cyber-threat detection in rapidly changing environments
US10452510B2 (en) Hybrid clustering-partitioning techniques that optimizes accuracy and compute cost for prognostic surveillance of sensor data
JP4201027B2 (en) System and method for detecting differences between multiple observations
EP3769241A1 (en) Intelligent preprocessing of multi-dimensional time-series data
CN103023927B (en) The intrusion detection method based on Non-negative Matrix Factorization under a kind of sparse expression and system
Baggenstoss The PDF projection theorem and the class-specific method
CN110471913A (en) A kind of data cleaning method and device
CN112131907A (en) Method and device for training classification model
CN114647234B (en) Medical equipment monitoring method and device based on Internet of things and storage medium
CN113515434A (en) Abnormity classification method, abnormity classification device, abnormity classification equipment and storage medium
CN110493176B (en) User suspicious behavior analysis method and system based on unsupervised machine learning
Kwak et al. Unsupervised abnormal sensor signal detection with channelwise reconstruction errors
US10742535B2 (en) Monitoring a resource consumption of an application
CN115374822A (en) Fault diagnosis method and system based on multi-level feature fusion
CN109902731B (en) Performance fault detection method and device based on support vector machine
CN113487223B (en) Risk assessment method and system based on information fusion
KR102621106B1 (en) Apparatus and method for fault diagnosis of ship engines
CN112306820A (en) Log operation and maintenance root cause analysis method and device, electronic equipment and storage medium
Agrawal et al. Adaptive anomaly detection in cloud using robust and scalable principal component analysis
US11829868B2 (en) Feature value generation device, feature value generation method, and program
KR102529335B1 (en) Method for On-device Artificial Intelligence support based on Artificial Intelligence chip connection
Zhou et al. Multisensor-Based Heavy Machine Faulty Identification Using Sparse Autoencoder-Based Feature Fusion and Deep Belief Network-Based Ensemble Learning
CN117807481B (en) Fault identification method, training device, training equipment and training medium
Chin et al. Wavelet Scattering Transform for Multiclass Support Vector Machines in Audio Devices Classification System

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant