KR102694136B1 - Oil gas plant equipment failure prediction and diagnosis system based on artificial intelligence - Google Patents
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Abstract
실시예에 따른 인공지능 기반의 오일가스 플랜트 설비 고장 예측 및 진단시스템은 플랜트 설비의 결함 유무, 균일성, 기계적 성질의 적절성을 포함하는 건전성 판정을 통해 플랜트 설비의 고장 예측 및 진단을 수행한다. 실시예를 통해, 실증플랜트 핵심설비 AI 기반 건전성 예측 모델을 구현하고, 가상화 운영 및 플랜트 유지관리 시뮬레이션 시스템 연계를 통해, AI 예측 모델을 최적화한다. 또한, 고장 예측 및 진단을 위한 시뮬레이션과 실제 플랜트 운영 데이터 구축하고 검증하여 시스템 효율과 진단 정확성을 향상시킬 수 있도록 한다. The AI-based oil and gas plant facility failure prediction and diagnosis system according to the embodiment performs failure prediction and diagnosis of the plant facility through health judgment including the presence or absence of defects, uniformity, and adequacy of mechanical properties of the plant facility. Through the embodiment, an AI-based health prediction model of the core facility of the demonstration plant is implemented, and the AI prediction model is optimized through linkage with the virtualized operation and plant maintenance simulation system. In addition, by constructing and verifying simulation and actual plant operation data for failure prediction and diagnosis, the system efficiency and diagnosis accuracy can be improved.
Description
본 개시는 오일가스 플랜트 설비 고장 예측 및 진단 시스템에 관한 것으로 구체적으로, 가상화 및 인공지능 기술 적용을 통해 가스오일 플랜트의 운영 및 유지관리를 고도화하고, 공정 위험성에 대한 진단평가 모델 구축 및 동적 위험성 평가 모델을 제공하는 인공지능 기반의 오일가스 플랜트 설비 고장 예측 및 진단시스템에 관한 것이다. The present disclosure relates to an oil and gas plant facility failure prediction and diagnosis system, and more specifically, to an artificial intelligence-based oil and gas plant facility failure prediction and diagnosis system that enhances the operation and maintenance of a gas oil plant through the application of virtualization and artificial intelligence technologies, and provides a diagnostic assessment model for process risks and a dynamic risk assessment model.
본 명세서에서 달리 표시되지 않는 한, 이 섹션에 설명되는 내용들은 이 출원의 청구항들에 대한 종래 기술이 아니며, 이 섹션에 포함된다고 하여 종래 기술이라고 인정되는 것은 아니다.Unless otherwise indicated herein, the materials described in this section are not prior art to the claims of this application and their inclusion in this section is not an admission that they are prior art.
최근 오일가스 플랜트 분야는 국제 유가의 상승, 에너지 수요의 증가로 인하여 프로젝트 발주가 증가하고 있으며, 중동지역과 전 세계 지역으로 시장규모가 증대되고 있다. 또한, 인공지능(AI, Artificial Intelligence), ICT 등 최첨단 기술을 플랜트 운용에 도입하여 오일가스 플랜트 운용효율 및 안전성 향상을 도모하고 있다. 특히, 인공지능을 기반으로 데이터 분석 예측모델 개발 및 가상화 플랫폼 기술 개발, AI 기반 공정 효율화, 위험성 진단평가 기술 및 공정 설비 모니터링 포털 개발, AI 기반 설비 안전 및 건전성 예지 진단평가 기술 개발 및 AI 기반 가상화 운영 플랫폼 실증 기술 개발 관련 기술의 연구가 활발히 이루어 지고 있다. Recently, the oil and gas plant sector has been seeing an increase in project orders due to rising international oil prices and increased energy demand, and the market size is expanding to the Middle East and other regions around the world. In addition, cutting-edge technologies such as artificial intelligence (AI) and ICT are being introduced to plant operations to improve the operational efficiency and safety of oil and gas plants. In particular, research is being actively conducted on technologies related to the development of data analysis prediction models and virtualization platform technologies based on AI, AI-based process efficiency, risk diagnosis and assessment technologies, and process facility monitoring portals, AI-based facility safety and soundness prediction diagnosis and assessment technologies, and AI-based virtualization operation platform verification technologies.
인공지능을 기반으로 데이터 분석 예측모델 개발 및 가상화 플랫폼 기술의 경우, 기존 연구에서 센서 기반 가상 플랜트를 구축한 사례가 있다. 하지만, 현재 상태 진단 정도로 사용 가능했고, 빅데이터를 활용한 AI 기반의 예측모델 및 시뮬레이션 모델을 접목하여 예지 진단에 활용하는 수준까지 이르지는 못하였다.In the case of developing a data analysis prediction model based on artificial intelligence and virtualization platform technology, there is a case of building a sensor-based virtual plant in a previous study. However, it was only used to diagnose the current status, and it did not reach the level of utilizing AI-based prediction models and simulation models utilizing big data for predictive diagnosis.
또한, AI 기반 공정 효율화, 위험성 진단평가 기술 및 공정설비 모니터링 포털 기술은 가상화를 위한 3D 모델 경량화 및 단순화 기술을 활용한 상용 제품은 존재하나 모두 지원하는 범위가 한정적인 상태이다. 특히, AI 기반 설비 안전 및 건전성 예지 진단평가 기술 개발의 경우, 국내 개별 플랜트 업체에서의 스마트 솔루션 개발 노력에도 불구하고, 대부분 기술은 원천 기술 단계이기 때문에, 실증을 통하여 플랜트 운전에서의 보수성을 지속적으로 타파할 필요가 있다. In addition, AI-based process efficiency, risk diagnosis and assessment technology, and process facility monitoring portal technology exist as commercial products that utilize 3D model lightweighting and simplification technology for virtualization, but all of them have limited support scope. In particular, in the case of AI-based facility safety and soundness prediction diagnosis and assessment technology development, despite the efforts of individual domestic plant companies to develop smart solutions, most of the technologies are at the original technology stage, so it is necessary to continuously overcome the conservatism in plant operation through verification.
한편, 동적 위험성 평가 기술은 해외에서도 신기술에 속하는 내용으로, 동적 위험성 평가가 다루어야 할 분야에 대해서도 공정 주기(Life cycle) 동안의 변화에 대한 위험성 평가/작업자의 활동(유지 보수 작업) 추적(Tracking)의 두 가지 유형을 제시하고 있다. 다양한 구조물에서 발생하는 복잡한 데이터가 수집되지만, 사용자가 정보를 효율적으로 활용할 수 있도록 정보를 처리하고 분석하는 방법은 제한적이다. 또한, 진단 및 예지 정확도와 사용자가 받아들이는 만족도에 대해 실증적으로 평가되고 알려지지 않았으며, 다양한 시나리오 상황 별 인공지능의 자동 진단, 예지 방식이 어떻게 이루어 지는지 미리 파악하기 어려워 시뮬레이터가 필요한 실정이다. 아울러, 현재 플랜트 설비의 안정성을 측정하고 비교할 수 있는 정량화된 데이터셋이 존재하지 않으며, 예지 진단과 관련된 데이터셋이 부족하다.Meanwhile, dynamic risk assessment technology is considered a new technology overseas, and the two types of areas that dynamic risk assessment should cover are risk assessment for changes during the process life cycle and tracking of worker activities (maintenance work). Complex data generated from various structures are collected, but the methods for processing and analyzing the information so that users can efficiently utilize the information are limited. In addition, the accuracy of diagnosis and prediction and the level of satisfaction accepted by users have not been empirically evaluated and known, and it is difficult to understand in advance how the automatic diagnosis and prediction method of artificial intelligence is performed for various scenario situations, so a simulator is needed. In addition, there is currently no quantitative dataset that can measure and compare the stability of plant facilities, and there is a lack of datasets related to predictive diagnosis.
국내에서는 최근 정유화학업계를 중심으로 스마트 플랜트를 적용하고 있으나 서비스 솔루션은 외국 선진 기업 제품을 사용하고 있고 스마트 핵심기자재 또한 안정성 및 신뢰성이 상대적으로 낮은 수준이다. 기술 확보를 위해서는 실시간 운전 데이터의 공유와 공정 설비 적용이 요구되나 기업비밀, 플랜트의 안정적 운전 등의 이유로 경험을 축적하기 어려운 여건이다. 또한, 국내 엔지니어링 시장 규모가 협소한 가운데 시장을 선점한 외산 설계 및 해석 등 주요 기반 솔루션에의 의존성 심화로 관련 연구개발 성과의 사업화가 이루어지지 못하고 있는 실정이다. In Korea, smart plants are being applied mainly in the petrochemical industry, but service solutions are using products from advanced foreign companies, and smart core equipment also has relatively low stability and reliability. In order to secure technology, sharing of real-time operation data and application of process equipment are required, but it is difficult to accumulate experience due to reasons such as corporate secrets and stable operation of plants. In addition, the domestic engineering market is small, and the dependence on major basic solutions such as foreign design and analysis that have monopolized the market is deepening, so the commercialization of related research and development results is not being achieved.
실시예에 따른 인공지능 기반의 오일가스 플랜트 설비 고장 예측 및 진단시스템은 플랜트 설비의 결함 유무, 균일성, 기계적 성질의 적절성을 포함하는 건전성 판정을 통해 플랜트 설비의 고장 예측 및 진단을 수행한다.The artificial intelligence-based oil and gas plant equipment failure prediction and diagnosis system according to the embodiment performs failure prediction and diagnosis of plant equipment through health assessment including the presence or absence of defects in the plant equipment, uniformity, and adequacy of mechanical properties.
실시예를 통해, 실증플랜트 핵심설비 AI 기반 건전성 예측 모델을 구현하고, 가상화 운영 및 플랜트 유지관리 시뮬레이션 시스템 연계를 통해, AI 예측 모델을 최적화한다. 또한, 고장 예측 및 진단을 위한 시뮬레이션과 실제 플랜트 운영 데이터 구축하고 검증하여 시스템 효율과 진단 정확성을 향상시킬 수 있도록 한다. Through examples, we implement an AI-based health prediction model for core facilities of a demonstration plant, and optimize the AI prediction model through linking with a virtualized operation and plant maintenance simulation system. In addition, we build and verify simulations for fault prediction and diagnosis and actual plant operation data to improve system efficiency and diagnostic accuracy.
실시예에 따른 인공지능 기반의 오일가스 플랜트 설비 고장 예측 및 진단시스템은 플랜트 핵심설비 하드웨어 기반 시뮬레이션 시스템을 설계 및 검증하는 시뮬레이션 시스템 구축 모듈; 시뮬레이션 시스템을 활용하여 오일가스 플랜트 설비의 안전성, 건전성 평가를 실행하는 평가모듈; 인공지능에 기반하여 플랜트 통합관제를 수행하는 통합관제 모듈; 인공지능 기반 플랜트 설비 건전성 예측 및 진단을 수행하는 설비 건전성 판단모듈; 및 플랜트 핵심 설비 기자재 및 외부 하중 관련 데이터셋을 구축하는 데이터 구축 모듈; 을 포함한다. An artificial intelligence-based oil and gas plant facility failure prediction and diagnosis system according to an embodiment includes a simulation system construction module that designs and verifies a simulation system based on plant core facility hardware; an evaluation module that performs safety and soundness evaluation of oil and gas plant facilities using the simulation system; an integrated control module that performs plant integrated control based on artificial intelligence; a facility soundness judgment module that performs plant facility soundness prediction and diagnosis based on artificial intelligence; and a data construction module that constructs a dataset related to plant core facility equipment and external loads.
이상에서와 같은 인공지능 기반의 오일가스 플랜트 설비 고장 예측 및 진단시스템은 상시 모니터링과 운영 관리 중심의 안전한 건전성 점검체계를 구축하여, 플랜트 유지보수 및 점검 분야의 급속한 성장에 따른 관련 인력의 지속적인 위험 노출 가능성을 절감한다. 또한, 진단 모듈과 플랫폼 소프트웨어 구현을 통해 유지보수 및 건전성 평가 플랫폼의 표준화 선점을 가능하게 한다.The artificial intelligence-based oil and gas plant equipment failure prediction and diagnosis system as described above establishes a safe health inspection system centered on constant monitoring and operation management, thereby reducing the possibility of continuous risk exposure of related personnel due to rapid growth in the plant maintenance and inspection field. In addition, it enables preemptive standardization of maintenance and health evaluation platforms through the implementation of diagnostic modules and platform software.
또한, 실시예를 통해 플랜트 운용 실증 및 실적 확보를 가능하게 하고, 기술의 성능검증 및 경험 축적뿐만 아니라 정부예산의 절감을 도모할 수 있다. 또한, 외산에 의존하는 예지 진단이 아닌 국내 기술을 이용한 예지 진단 기술 확보하고, 실시간 관제 모니터링과 AI 도입을 통해 플랜트 시장에 최신 기술 적용과 효율적인 플랜트 운영 지원을 가능하게 한다. 또한, 실시예를 통해, 다양한 사고 시나리오에 대해 인명, 환경, 재산의 피해를 최소화하고, 플랜트 안전 분야 신뢰성 확보를 통해 해외수주 확대 등 플랜트 산업 기술경쟁력 확보할 수 있다. 아울러, 예지 진단 원천 기술 확보를 통해 플랜트 전반과 각종 팩토리 고부 가가치화 및 신사업 창출을 가능하게 한다. In addition, through examples, it is possible to verify plant operation and secure performance, and it is possible to achieve not only performance verification and experience accumulation of technology, but also reduction of government budget. In addition, it is possible to secure predictive diagnosis technology using domestic technology rather than predictive diagnosis that relies on foreign products, and to support the application of the latest technology to the plant market and efficient plant operation through real-time control monitoring and introduction of AI. In addition, through examples, it is possible to secure the technological competitiveness of the plant industry such as minimizing damage to life, environment, and property in various accident scenarios, and expanding overseas orders by securing reliability in the plant safety field. In addition, it is possible to create high added value and new businesses for the entire plant and various factories by securing predictive diagnosis source technology.
또한, 실시예를 통해 시스템의 운영에서 안전과 비용을 함께 고려하여 시스템의 결함을 조기 감지하고, 발생한 결함의 종류와 심각도를 진단하며, 고장 발생 시점을 사전 예지하는 건전성 예측관리(Prognostics and Health Management, PHM)를 수행함으로써, 설비 결함이 대규모 사고로 이어질 수 있는 가능성을 줄인다. 아울러, 전통적 주기정비 또는 예방정비방식을 탈피하여 필요한 시점에만 정비를 수행하는 상태 기반 정비를 실현함으로써, 경제적으로 많은 이익을 창출할 수 있도록 한다. In addition, by considering both safety and cost in the operation of the system through examples, early detection of system defects, diagnosis of the type and severity of defects that have occurred, and prediction of the time of failure in advance through Prognostics and Health Management (PHM) is performed, thereby reducing the possibility that equipment defects may lead to large-scale accidents. In addition, by realizing condition-based maintenance that performs maintenance only when necessary, breaking away from the traditional periodic maintenance or preventive maintenance method, it is possible to create significant economic benefits.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The effects of the present invention are not limited to the effects described above, and should be understood to include all effects that can be inferred from the detailed description of the present invention or the composition of the invention described in the claims.
도 1은 플랜트 전주기에 따른 운영 및 유지관리 핵심 기술을 나타낸 도면
도 2는 실시예에 따른 인공지능 기반의 오일가스 플랜트 설비 고장 예측 및 진단시스템의 데이터 처리 구성을 나타낸 도면
도 3은 실시예에 따른 인공지능 기반의 오일가스 플랜트 설비 고장 예측 및 진단시스템 구현 과정을 설명하기 위한 도면
도 4는 데이터 취득을 위한 인공신경망 데이터 시트의 예를 나타낸 도면Figure 1 is a drawing showing the core operation and maintenance technologies according to the entire plant cycle.
Figure 2 is a diagram showing the data processing configuration of an artificial intelligence-based oil and gas plant equipment failure prediction and diagnosis system according to an embodiment.
Figure 3 is a drawing for explaining the process of implementing an artificial intelligence-based oil and gas plant equipment failure prediction and diagnosis system according to an embodiment.
Figure 4 is a diagram showing an example of an artificial neural network data sheet for data acquisition.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 도면부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.The advantages and features of the present invention, and the methods for achieving them, will become clear with reference to the embodiments described in detail below together with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various different forms, and the present embodiments are provided only to make the disclosure of the present invention complete and to fully inform those skilled in the art of the scope of the invention, and the present invention is defined only by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.
본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시 예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.In describing embodiments of the present invention, if it is judged that a specific description of a known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted. In addition, the terms described below are terms defined in consideration of functions in embodiments of the present invention, and these may vary depending on the intention or custom of the user or operator. Therefore, the definitions should be made based on the contents throughout this specification.
도 1은 플랜트 전주기에 따른 운영 및 유지관리 핵심 기술을 나타낸 도면이다.Figure 1 is a diagram showing the core operation and maintenance technologies according to the entire plant cycle.
실시예에 따른 인공지능 기반의 오일가스 플랜트 설비 고장 예측 및 진단시스템은 플랜트의 안전성, 건전성 진단 기능 및 예측 진단 기능을 제공함으로써, 플랜트 설비의 결함 유무, 균일성, 기계적 성질의 적절성을 포함하는 건전성 판정을 통해 플랜트 설비의 고장 예측 및 진단을 수행한다. 또한, 실시예를 통해 실증플랜트 핵심설비 AI 기반 건전성 예측 모델을 구현하고, 가상화 운영 및 플랜트 유지관리 시뮬레이션 시스템 연계를 통해, AI 예측 모델을 최적화한다. 아울러, 고장 예측 및 진단을 위한 시뮬레이션과 실제 플랜트 운영 데이터 구축하고 검증하여 시스템 효율과 진단 정확성을 향상시킬 수 있도록 한다. The AI-based oil and gas plant facility failure prediction and diagnosis system according to the embodiment provides the safety, soundness diagnosis function and predictive diagnosis function of the plant, thereby predicting and diagnosing the failure of the plant facility through the soundness judgment including the presence or absence of defects, uniformity, and adequacy of mechanical properties of the plant facility. In addition, through the embodiment, an AI-based soundness prediction model of the core facility of the demonstration plant is implemented, and the AI prediction model is optimized through linkage with the virtualized operation and plant maintenance simulation system. In addition, by constructing and verifying simulation for failure prediction and diagnosis and actual plant operation data, it is possible to improve the system efficiency and diagnosis accuracy.
도 2는 실시예에 따른 인공지능 기반의 오일가스 플랜트 설비 고장 예측 및 진단시스템의 데이터 처리 구성을 나타낸 도면이다.FIG. 2 is a diagram showing the data processing configuration of an artificial intelligence-based oil and gas plant equipment failure prediction and diagnosis system according to an embodiment.
도 2를 참조하면, 실시예에 따른 인공지능 기반의 오일가스 플랜트 설비 고장 예측 및 진단시스템은 시뮬레이션 시스템 구축 모듈(100), 평가모듈(200), 통합관제모듈(300), 설비 건전성 판단 모듈(400) 및 데이터 구축 모듈(500)을 포함하여 구성될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 '모듈' 이라는 용어는 용어가 사용된 문맥에 따라서, 소프트웨어, 하드웨어 또는 그 조합을 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 예를 들어, 소프트웨어는 기계어, 펌웨어(firmware), 임베디드코드(embedded code), 및 애플리케이션 소프트웨어일 수 있다. 또 다른 예로, 하드웨어는 회로, 프로세서, 컴퓨터, 집적 회로, 집적 회로 코어, 센서, 멤스(MEMS; Micro-Electro-Mechanical System), 수동 디바이스, 또는 그 조합일 수 있다.Referring to FIG. 2, the artificial intelligence-based oil and gas plant facility failure prediction and diagnosis system according to the embodiment may be configured to include a simulation system construction module (100), an evaluation module (200), an integrated control module (300), a facility health judgment module (400), and a data construction module (500). The term 'module' used in this specification should be interpreted as including software, hardware, or a combination thereof, depending on the context in which the term is used. For example, the software may be machine language, firmware, embedded code, and application software. As another example, the hardware may be a circuit, a processor, a computer, an integrated circuit, an integrated circuit core, a sensor, a MEMS (Micro-Electro-Mechanical System), a passive device, or a combination thereof.
시뮬레이션 시스템 구축 모듈(100)은 플랜트 핵심설비 하드웨어 기반 시뮬레이션 시스템을 설계 및 검증하는 시뮬레이션 시스템을 구축한다. 실시예에서 시뮬레이션 시스템 구축 모듈(100)은 핵심 설비 하드웨어 기반 시뮬레이션 시스템 운영 시나리오를 설계하고, 시나리오를 통해 시뮬레이션 시스템을 검증할 수 있다.The simulation system construction module (100) constructs a simulation system that designs and verifies a simulation system based on plant core equipment hardware. In an embodiment, the simulation system construction module (100) can design a simulation system operation scenario based on core equipment hardware and verify the simulation system through the scenario.
평가모듈(200)은 시뮬레이션 시스템을 활용하여 오일가스 플랜트 설비의 안전성, 건전성 평가를 실행한다. 실시예에서 평가모듈(200)은 시뮬레이션 시스템을 통해 플랜트 설비의 결함 유무, 균일성, 기계적 성질의 적절성을 포함하는 건전성 판정을 수행한다. 실시예에서 평가모듈(200)은 플랜트 설비기계의 진동진단 데이터를 안전성, 건전성 평가 안전성 정밀진단에 이용할 수 있다. 실시예에서는 진동진단 데이터를 해석하여 플랜트 안전성 및 건정성을 평가한다. 실시예에서는 진동진단 데이터의 시간영역 해석, 주파수 영역 해서 및 성분 분석을 통해 해석하고, 해석 결과에 따라 안전성, 건전성 평가 결과를 산출한다. The evaluation module (200) uses a simulation system to perform safety and soundness evaluations of oil and gas plant facilities. In an embodiment, the evaluation module (200) performs soundness judgments including the presence or absence of defects, uniformity, and suitability of mechanical properties of plant facilities through a simulation system. In an embodiment, the evaluation module (200) can use vibration diagnosis data of plant equipment machinery for safety and soundness evaluation and safety precision diagnosis. In an embodiment, vibration diagnosis data is analyzed to evaluate plant safety and soundness. In an embodiment, vibration diagnosis data is interpreted through time domain analysis, frequency domain analysis, and component analysis, and safety and soundness evaluation results are calculated based on the analysis results.
실시예에서 평가모듈(200)의 시간 영역 해석은 시간파형, 진폭의 확률밀도함수 등을 이용하여 진폭의 크기나 시간적 변동, 파형의 충격성과 대칭성 등을 분석하는 과정을 포함한다. 실시예에서 평가모듈(200)의 주파수영역 해석은 FFT(고속 푸리에 변화) 등을 이용하여 진동에 어떤 주파수 성분(스펙트럼)이 포함되어 있는지를 파악하는 과정을 포함한다. 공간영역 해석은 리사주 도형 등을 이용하여 회전축 중심(진동)이 공간적으로 어떤 궤적을 그리며 운동하는지를 파악하는 것이다. In the embodiment, the time domain analysis of the evaluation module (200) includes a process of analyzing the size or temporal variation of the amplitude, the impulsiveness and symmetry of the waveform, etc. by using a time waveform, a probability density function of the amplitude, etc. In the embodiment, the frequency domain analysis of the evaluation module (200) includes a process of identifying which frequency components (spectrum) are included in the vibration by using an FFT (fast Fourier transform), etc. The spatial domain analysis is to identify which trajectory the center of the rotation axis (vibration) moves along in space by using a Lissajous figure, etc.
또한, 실시예에서 평가모듈(200)은 설비의 성능이나 기능을 나타내는 1차 효과 파라미터를 이용하는 방법과 설비의 가동에 의해 발생하는 2차 효과 파라미터를 이용하여 안전성 및 건전성 평가를 수행할 수 있다. 1차 효과 파라미터는 설비가 본래 목적을 수행할 때 관측되는 상태 파라미터로서, 실시예에서는 1차 효과 파라미터를 이용하여 설비의 상태를 모니터링한다. 실시예에서는 성능모니터링 (Performance monitoring) 및 거동감시(Behavior monitoring)을 수행할 수 있다. In addition, in the embodiment, the evaluation module (200) can perform safety and soundness evaluation using a method of using a primary effect parameter that indicates the performance or function of the equipment and a secondary effect parameter generated by the operation of the equipment. The primary effect parameter is a status parameter observed when the equipment performs its original purpose, and in the embodiment, the status of the equipment is monitored using the primary effect parameter. In the embodiment, performance monitoring and behavior monitoring can be performed.
2차 효과 파라미터란 설비의 가동에 의해 변화하는 진동, 음향, 온도 등의 부수적인 상태 파라미터이다. 실시예에는 파라미터 진단을 위한 센서를 통해 파라미터 데이터를 수집하고, 수집된 파라미터 데이터를 분석하여 플랜트 이상의 조기발견 및 이상 원인이나 발생위치를 정확히 확인할 수 있도록 한다. 실시예에서 1차 효과 파라미터는 주로 간이 진단에 이용되고, 2차 효과 파라미터는 간이진단과 정밀진단에 모두 이용할 수 있다. Secondary effect parameters are secondary status parameters such as vibration, sound, and temperature that change due to the operation of the equipment. In the embodiment, parameter data is collected through a sensor for parameter diagnosis, and the collected parameter data is analyzed to enable early detection of plant abnormalities and accurate identification of the cause or location of the abnormality. In the embodiment, primary effect parameters are mainly used for simple diagnosis, and secondary effect parameters can be used for both simple and precise diagnosis.
통합관제모듈(300)은 인공지능에 기반하여 플랜트 통합관제를 수행한다. 실시예에서 통합관제모듈(300)은 가상화 운영 및 유지보수 플랫폼과 연계하여, 플랜트 설비 데이터를 모니터링 하고, 적응형 기계학습 모델을 통해, 변화하는 모니터링 데이터 특징에 대응한다. 또한, 통합관제모듈(300)은 통합관제 모듈; 은 The integrated control module (300) performs integrated plant control based on artificial intelligence. In the embodiment, the integrated control module (300) monitors plant facility data in conjunction with a virtualized operation and maintenance platform, and responds to changing monitoring data characteristics through an adaptive machine learning model. In addition, the integrated control module (300) is an integrated control module;
IoT 활용한 관제 및 시뮬레이션 환경을 분석할 수 있다.You can analyze control and simulation environments utilizing IoT.
실시예에서 통합관제모듈(300)은 시스템의 운영에서 안전(risk)과 비용(cost)을 함께 고려하여 시스템의 결함(fault)을 조기 감지(early detection)하고, 발생한 결함의 종류와 심각도를 진단(diagnosis)하며, 고장 발생 시점을 사전 예지(prognosis)하는 건전성 예측관리(Prognostics and Health Management, PHM)를 수행한다. 건전성 예측관리를 통해, 대규모 사고로 이어질 수 있는 가능성을 줄이면서 전통적 주기정비 또는 예방정비(Periodic or Preventive Maintenance, PM) 방식을 탈피하여 필요한 시점에만 정비를 수행하는 상태 기반 정비(Condition Based Maintenance, CBM)를 실현한다. 실시예에서 따른 통합관제모듈(300)은 시스템에 장착된 센서를 통해 얻은 데이터를 처리하고(Signal processing), 이로부터 현재 시스템의 건전성을 대변하기 위한 특성 인자를 추출(Feature extraction)하며, 현재의 고장 원인과 그 심각도를 규명하는 고장진단(Fault diagnosis) 및 미래의 고장발생 시점을 예측하는 고장 예지(Failure prognosis)를 수행한다. 실시예에 따른 통합관제모듈(300)의 신호처리 목적은 다양한 다른 신호와 노이즈가 혼재된 신호에 대해 고장 진단에 필요한 정보를 남기고 그 외의 정보를 제거하는 것이다. 이를 위해, 실시예에서는 고장 신호 외의 주기적인 신호를 제거하는 특정신호 분리(discrete signal separation)와 미세한 크기를 가지는 고장 신호를 강화 시키는 신호 강화(signal enhancement)의 과정을 수행한다. 실시예에서는 특정 신호 분리 및 고장신호 강화 처리를 한 데이터를 가지고 특징을 추출하여 보다 쉽게 결함관련 정보를 얻을 수 있도록 한다. 또한 실시예에서는 설명한 두 단계를 거치지 않고 원 신호를 다양한 성분으로 분해하는 신호 분해(signal decomposition) 과정을 통해 결함관련 정보를 추출할 수 있다. In the embodiment, the integrated control module (300) performs prognostic and health management (PHM) that early detects system faults, diagnoses the type and severity of the faults that have occurred, and predicts the timing of failures in advance, taking both risk and cost into consideration in the operation of the system. Through prognostic and health management, the possibility of a large-scale accident is reduced, and condition-based maintenance (CBM) is realized, which performs maintenance only when necessary, breaking away from the traditional periodic or preventive maintenance (PM) method. The integrated control module (300) according to the embodiment processes data obtained through sensors mounted on the system (Signal processing), extracts characteristic factors representing the soundness of the current system from the data (Feature extraction), and performs fault diagnosis (Fault diagnosis) to identify the cause and severity of the current fault and fault prognosis (Failure prognosis) to predict the time of occurrence of the future fault. The purpose of the signal processing of the integrated control module (300) according to the embodiment is to leave information necessary for fault diagnosis and remove other information for signals mixed with various other signals and noise. To this end, the embodiment performs a process of discrete signal separation to remove periodic signals other than fault signals and signal enhancement to enhance fault signals having a small size. The embodiment extracts features using data subjected to specific signal separation and fault signal enhancement processing to more easily obtain fault-related information. In addition, the embodiment can extract fault-related information through a signal decomposition process to decompose the original signal into various components without going through the two steps described above.
실시예에 따라 분해된 성분 중에는 결함신호가 뚜렷하게 식별되는 데이터가 존재하므로, 해당 데이터를 통해 결함특징을 추출할 수 있다. 또한, 실시예에서는 고장 신호와 무관한 신호들을 제거하기 위해, 선형 예측(Linear prediction), 자기 적응형 노이즈 제거(Self-Adaptive Noise Cancellation, SANC), 및 시간 동기 평균화(Time Synchronous Averaging, TSA) 과정을 이용할 수 있다. 선형 예측(Linear prediction)은 과거의 데이터를 이용하여 신호의 결정적인(deterministic) 부분을 선형적으로 모델링하여 미래의 출력 값을 추정하는 방법이다. 자기 적응형 노이즈 제거는 기본 신호(primary signal)와 참조 신호(reference signal)을 사용하는 필터로, 참조신호(reference Signal)을 기본 신호(primary signal)에 내재되어 있는 특정 신호와 유사하도록 최적화시키는 신호처리 방법이다. 실시예에서 기본 입력(primary input)은 노이즈와 설비에 의해 발생하는 신호가 혼재된 원신호이고, 참조 입력(reference input)은 플랜트 설비에 의해서만 발생하는 신호이다. 실시예에서는 최적화 과정을 통해 기본입력 내의 노이즈 신호를 제거한 오차(e)를 얻기 위해 필터 파라미터를 산출하여, 원하는 플랜트 신호만을 선별할 수 있도록 한다. 시간 동기 평균화(Time Synchronous Averaging)는 신호에 내재된 노이즈를 제거하고, 주기적인 특성을 보이는 신호만 남기기 위해 사용하는 방법이다. 실시예에서는 플랜트 설비의 진동 신호를 현재 회전하고 있는 축(shaft)의 회전 주기에 맞추어 리샘플링(resampling)한 후 이들의 평균값을 구하는 산출한다. 이를 통해서 고장신호와 무관한 랜덤 노이즈 성분들은 제거되고, 회전에 따라 주기적 성질을 가지는 신호 성분만 남게 된다. 이를 위해 실시예서는 일반적으로 축의 회전주기를 측정하기 위해 회전 시마다 펄스신호를 발생시키는 타코미터(tachometer)나 축의 각도를 측정하는 광학 엔코더(optical encoder)를 사용할 수 있다. According to an embodiment, among the decomposed components, there is data in which a fault signal is clearly identified, so that a fault feature can be extracted through the data. In addition, in the embodiment, linear prediction, self-adaptive noise cancellation (SANC), and time synchronous averaging (TSA) processes can be used to remove signals unrelated to a fault signal. Linear prediction is a method of linearly modeling a deterministic part of a signal using past data to estimate a future output value. Self-adaptive noise cancellation is a signal processing method that uses a primary signal and a reference signal as a filter to optimize the reference signal to be similar to a specific signal inherent in the primary signal. In the embodiment, the primary input is an original signal in which noise and a signal generated by equipment are mixed, and the reference input is a signal generated only by the plant equipment. In the embodiment, the filter parameter is calculated to obtain the error (e) by removing the noise signal in the basic input through the optimization process, so that only the desired plant signal can be selected. Time Synchronous Averaging is a method used to remove noise inherent in a signal and leave only signals showing periodic characteristics. In the embodiment, the vibration signal of the plant equipment is resampled to match the rotational period of the currently rotating shaft, and then the average value thereof is calculated. Through this, random noise components unrelated to the fault signal are removed, and only signal components having periodic properties according to the rotation remain. For this purpose, in the embodiment, a tachometer that generates a pulse signal for each rotation to measure the rotational period of the shaft or an optical encoder that measures the angle of the shaft can be used.
설비 건전성 판단모듈(400)은인공지능 기반 플랜트 설비 건전성 예측 및 진단을 수행한다. 실시예에서 건전성은 플랜트 설비의 결함 유무, 균일성, 기계적 성질의 적절성 등을 포함할 수 있다. 실시예에서 설비 건전성 판단모듈(400)은 진동이나 소음과 같은 신호 데이터를 측정하여 이상감지를 할 수 있으며, 주파수 분석 등 여러 가지 신호처리가 데이터 전처리 과정을 수행한다. 실시예에서 설비 건전성 판단모듈(400)은 진동 데이터를 분석하여 설비 이상상태를 판단할 수 있다. 실시예에서는 정상상태 데이터를 기반으로 마할라노비스(Mahalanobis) 거리를 측정하여 이상상태 유무를 모니터링 하는 방식을 사용한다. 실시예에서는 구간별 신호 데이터로부터 추출된 통계적 지표로 구성된 벡터에 대하여 마할라노비스 거리를 측정하여, 해당 구간의 이상상태 여부를 판정하게 된다. 마할라노비스 거리(Mahalanobis distance)는 군집 분석에서 자주 쓰이는 거리 척도로, 다변량 데이터에서 변수 간의 상관관계가 존재할 때 공분산 행렬을 활용한 데이터 표준화를 거쳐서 거리를 측정한다. 또한, 실시예에서 마할라노비스 거리 분류기는 훈련 데이터로부터 마할라노비스 공간을 미리 구성한 후, 임의의 데이터에 대하여 그 공간과의 거리를 측정하여 거리에 따라 훈련 데이터와 동일 클래스 여부를 판정한다. 또한, 실시예에서는 신호 데이터의 전처리 과정을 통해 플랜트 설비 이상상태 감지의 성능을 개선할 수 있다. 실시예에서 전처리과정은 표준화(standardization), 해밍 윈도우(Hamming window), 켑스트럼 분석(cepstrum analysis) 및 통계분석(statistical analysis)과정을 포함할 수 있다.The facility health judgment module (400) performs AI-based plant facility health prediction and diagnosis. In the embodiment, health may include the presence or absence of defects in the plant facility, uniformity, suitability of mechanical properties, etc. In the embodiment, the facility health judgment module (400) can detect abnormalities by measuring signal data such as vibration or noise, and performs various signal processing such as frequency analysis as a data preprocessing process. In the embodiment, the facility health judgment module (400) can analyze vibration data to determine facility abnormalities. In the embodiment, a method of monitoring the presence or absence of an abnormality by measuring the Mahalanobis distance based on normal state data is used. In the embodiment, the Mahalanobis distance is measured for a vector composed of statistical indicators extracted from signal data for each section, and whether or not the corresponding section is in an abnormal state is determined. Mahalanobis distance is a distance measure frequently used in cluster analysis. When there is a correlation between variables in multivariate data, the distance is measured by standardizing data using a covariance matrix. In addition, in the embodiment, the Mahalanobis distance classifier pre-configures a Mahalanobis space from training data, and then measures the distance to the space for arbitrary data to determine whether it is in the same class as the training data based on the distance. In addition, in the embodiment, the performance of plant equipment abnormality detection can be improved through a preprocessing process of signal data. In the embodiment, the preprocessing process can include standardization, a Hamming window, cepstrum analysis, and statistical analysis.
실시예에서는 전처리 단계에서 신호 데이터 수집 과정에서 발생한 누설오차(leakage)를 없애기 위해 해밍 윈도우(Hamming window)를 적용하고, 신호 데이터의 원신호인 포먼트(formant)를 분리하기 위하여 켑스트럼(cepstrum) 분석을 실시한다. 해밍 윈도우 및 켑스트럼 분석은 연속된 데이터를 임의로 구간화하는 과정에서 발생하는 불연속적인 양, 즉 누설오차(leakage)를 제거하기 위해 수행한다. 실시예에 따른 해밍 윈도우를 적용은 추출된 신호 데이터의 길이가 정확히 신호주기의 정수배인 경우에는 정확한 주파수 도메인인 스펙트럼을 얻을 수 있지만, 그렇지 않을 경우 양 끝단의 불연속으로 인한 오차가 발생한다. 실시예에서는 이를 제거하기 위해 중심에서 양끝으로 갈수록 신호 데이터가 0에 가까운 값으로 변환하는 윈도우 함수를 적용하면, FFT 결과에서 더 정확한 스펙트럼을 얻을 수 있다. 실시예에서는 이러한 데이터 누설효과를 최소화하기 위하여 해밍 윈도우를 수학식 1을 통해 적용한다. 수학식 1에서 N은 윈도우의 길이를 나타낸다.In the embodiment, a Hamming window is applied to eliminate leakage errors that occur during the signal data collection process in the preprocessing stage, and cepstrum analysis is performed to separate formants, which are original signals of the signal data. The Hamming window and cepstrum analysis are performed to eliminate leakage errors, which are discontinuous amounts that occur during the process of arbitrarily segmenting continuous data. When the Hamming window is applied according to the embodiment, an accurate frequency domain spectrum can be obtained if the length of the extracted signal data is exactly an integer multiple of the signal period, but if not, an error occurs due to discontinuity at both ends. In the embodiment, a window function that converts signal data to values closer to 0 from the center to both ends is applied to eliminate this, so that a more accurate spectrum can be obtained from the FFT result. In the embodiment, a Hamming window is applied using Equation 1 to minimize this data leakage effect. In Equation 1, N represents the length of the window.
수학식 1Mathematical Formula 1
켑스트럼 분석은 고속 푸리에 변환(fast Fourier transformation: FFT)을 적용하여 주파수 영역(frequency domain)으로 표시된 신호의 로그 스케일을 푸리에 역변환(Inverse FFT)하는 방법이다. 시간 축 상에서 일반적인 충격 신호에 대한 응답은 입력 신호와 전달함수가 합성(convolution)되어 복잡한 형태의 신호로 나타나는데, 이때 켑스트럼 분석을 적용하면 입력신호의 파형과 응답을 구현하는 전달함수를 분리할 수 있다. 실시예에서는 켑스트럼을 적용함으로써 로그 함수가 두 개의 곱으로 형성된 함수를 합으로 분리하여 나타냄으로써 주파수 영역으로 변환된 신호의 크기와 위상을 분리할 수 있다.Cepstrum analysis is a method of applying a fast Fourier transformation (FFT) to inversely Fourier transform (FFT) the logarithmic scale of a signal expressed in the frequency domain. The response to a general impulse signal on the time axis is expressed as a complex signal by convolving the input signal and the transfer function. When cepstrum analysis is applied, the waveform of the input signal and the transfer function that implements the response can be separated. In the embodiment, by applying cepstrum, the logarithmic function is separated into a function formed by two products and expressed as a sum, thereby separating the magnitude and phase of the signal converted to the frequency domain.
데이터 구축 모듈(500)은 플랜트 핵심 설비 기자재 및 외부 하중 관련 데이터셋을 구축한다. 실시예에서 데이터 구축 모듈(500)은 적응형 기계학습 모델을 통해 변화하는 데이터 특징에 대응하고, 최종 인공지능 모델 결정 후 시스템 통합 데이터 셋을 구축하고, 오일/가스 플랜트 수요기업 적용을 위한 데이터 셋을 구축한다. 또한, 실시예에서 데이터 구축 모듈(500)은 오일가스 플랜트 설비에서 모니터링 데이터 측정을 통해 소프트웨어 수치와 데이터셋 자료 비교하고, 측정된 데이터 및 기존 데이터 분석을 위한 기초자료를 구축한다. The data construction module (500) constructs a data set related to plant core equipment and external loads. In an embodiment, the data construction module (500) responds to changing data characteristics through an adaptive machine learning model, constructs a system integration data set after determining the final artificial intelligence model, and constructs a data set for application to oil/gas plant demand companies. In addition, in an embodiment, the data construction module (500) compares software figures and data set data through monitoring data measurement in oil and gas plant facilities, and constructs basic data for analyzing measured data and existing data.
도 3은 실시예에 따른 인공지능 기반의 오일가스 플랜트 설비 고장 예측 및 진단시스템 구현 과정을 설명하기 위한 도면이다.Figure 3 is a drawing for explaining the process of implementing an artificial intelligence-based oil and gas plant equipment failure prediction and diagnosis system according to an embodiment.
도 3을 참조하면, 실시예에서는 핵심설비 하드웨어 기반 시뮬레이션 시스템, 핵심 설비 하드웨어 기반 시뮬레이션 시스템 운영 시나리오, IoT 센서를 활용한 설비 통합관제 플랫폼 및 시뮬레이션 시스템 설계한다. 또한, 설비 통합관제 플랫폼 및 안전성 건전성 평가 시뮬레이션 시스템을 구현하고, AI 기반 건전성 예지 진단 기술 개발을 통한 시뮬레이션 시스템 고도화한다. 이를 위해, 플랜트 상태 파악을 위한 센서 데이터 정의 및 수집하고, 실증플랜트 핵심설비 AI 기반 건전성 예측 모형 개발한다. 또한, 예지 진단 점검 데이터 셋을 구축하여, 실증플랜트 핵심설비 하드웨어 기반 시스템 건전성 예지 진단 시스템을 구축한다. Referring to FIG. 3, in the embodiment, a core facility hardware-based simulation system, a core facility hardware-based simulation system operation scenario, a facility integrated control platform utilizing IoT sensors, and a simulation system are designed. In addition, a facility integrated control platform and a safety soundness evaluation simulation system are implemented, and the simulation system is advanced through the development of AI-based soundness prediction diagnosis technology. To this end, sensor data for identifying the plant status are defined and collected, and a demonstration plant core facility AI-based soundness prediction model is developed. In addition, a predictive diagnosis inspection data set is constructed, and a demonstration plant core facility hardware-based system soundness prediction diagnosis system is constructed.
아울러, 실증 플랜트 핵심설비 하드웨어 기반 시뮬레이션 시스템 설계를 위해, 실증 플랜트 핵심 설비 하드웨어 기반 시뮬레이션 시스템 운영 시나리오 개발하고 IoT 센서 활용한 설비 통합관제 플랫폼 및 시뮬레이션 시스템 설계한다.In addition, in order to design a simulation system based on the hardware of the core facilities of the demonstration plant, an operation scenario of the simulation system based on the hardware of the core facilities of the demonstration plant is developed, and an integrated facility control platform and simulation system utilizing IoT sensors are designed.
도 4는 데이터 취득을 위한 인공신경망 데이터 시트의 예를 나타낸 도면이다.Figure 4 is a diagram showing an example of an artificial neural network data sheet for data acquisition.
실시예에 따른 인공지능 기반의 오일가스 플랜트 설비 고장 예측 및 진단시스템은 인공신경망(artificial neural networks), 선형판별분석(linear discriminant analysis), 주성분 분석(principal component analysis), 마할라노비스 거리 분류기(Mahalanobis distance classifier), 로지스틱 회귀 분석(logistic regression) 등 다양한 데이터마이닝 분석 기법을 이용해 데이터를 수집 및 분석하여 플랜트 이상을 예측 및 진단할 수 있다. The artificial intelligence-based oil and gas plant equipment failure prediction and diagnosis system according to the embodiment can predict and diagnose plant abnormalities by collecting and analyzing data using various data mining analysis techniques such as artificial neural networks, linear discriminant analysis, principal component analysis, Mahalanobis distance classifier, and logistic regression.
실시예에 따른 인공지능 기반의 오일가스 플랜트 설비 고장 예측 및 진단시스템을 통해 기존 가상화 스마트 플랜트 기술을 한 단계 더 발전시켜 예측 및 시뮬레이션 모델, 기존 분산 시스템 들을 모두 통합시키는 플랫폼 구축 기술을 고도화한다. 또한, 인공지능을 통한 이상감지로 개별 플랜트 맞춤형 공정 효율성을 향상시키고, 다양한 공정으로 확장 적용 가능한 프레임웍과 플랫폼을 제공할 수 있다. Through the artificial intelligence-based oil and gas plant equipment failure prediction and diagnosis system according to the embodiment, the existing virtualized smart plant technology is further developed to enhance the platform construction technology that integrates prediction and simulation models and existing distributed systems. In addition, it is possible to improve the process efficiency tailored to each plant through anomaly detection using artificial intelligence, and to provide a framework and platform that can be expanded and applied to various processes.
또한, 기존 플랜트 안전훈련 교육시스템의 실용성을 향상시키고, 대형 플랜트 시설의 안전교육 방법에 대한 새로운 응용기술 확보로 선진사 대비 기술경쟁력 확보할 수 있다. 아울러, 플랜트에 특화된 유지 보수 및 예지 진단 기법 개발로 인하여 개별 센서-데이터 센터-플랜트 관리로 이어지는 기술 개발 체계를 확립할 수 있다. 특히, 플랜트 설비 안전성·건전성 예지 진단 평가 기술을 통해 외산에 의존하는 예지 진단이 아닌 국내 기술을 이용한 예지 진단 기술 확보하고, 실시간 관제 모니터링과 AI 도입을 통해 플랜트 시장에 최신 기술 적용과 효율적인 플랜트 운영 지원이 가능하다. 또한, 실시예를 통해, 다양한 사고 시나리오에 대해 인명, 환경, 재산의 피해를 최소화하고, 플랜트 안전 분야 신뢰성 확보를 통해 해외수주 확대 등 플랜트 산업 기술경쟁력 확보할 수 있다. 아울러, 안전성 및 건전성 예지 진단 기술을 통한 예지 진단 원천 기술 확보를 통해 플랜트 전반과 각종 팩토리 고부 가가치화 및 신사업 창출을 가능하게 한다. In addition, the practicality of the existing plant safety training education system can be improved, and technological competitiveness can be secured compared to advanced companies by securing new application technologies for safety training methods for large-scale plant facilities. In addition, a technology development system that leads to individual sensor-data center-plant management can be established through the development of maintenance and predictive diagnosis techniques specialized for plants. In particular, predictive diagnosis technology using domestic technology can be secured rather than predictive diagnosis that relies on foreign products through predictive diagnosis evaluation technology for plant facility safety and soundness, and the application of the latest technology to the plant market and efficient plant operation can be supported through real-time control monitoring and introduction of AI. In addition, through examples, it is possible to secure the technological competitiveness of the plant industry by minimizing damage to life, environment, and property for various accident scenarios and expanding overseas orders by securing reliability in the plant safety field. In addition, by securing predictive diagnosis source technology through safety and soundness predictive diagnosis technology, it is possible to create high added value and new businesses for the entire plant and various factories.
개시된 내용은 예시에 불과하며, 특허청구범위에서 청구하는 청구의 요지를 벗어나지 않고 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양하게 변경 실시될 수 있으므로, 개시된 내용의 보호범위는 상술한 특정의 실시예에 한정되지 않는다.The disclosed content is merely an example, and various modifications and implementations can be made by a person skilled in the art without departing from the gist of the claims claimed in the patent, so the scope of protection of the disclosed content is not limited to the specific embodiments described above.
Claims (7)
플랜트 핵심설비 하드웨어 기반 시뮬레이션 시스템을 설계 및 검증하는 시뮬레이션 시스템 구축 모듈;
상기 시뮬레이션 시스템을 활용하여 오일가스 플랜트 설비의 안전성, 건전성 평가를 실행하는 평가모듈;
인공지능에 기반하여 플랜트 설비의 통합관제를 수행하는 통합관제 모듈;
인공지능 기반 플랜트 설비 건전성 예측 및 진단을 수행하는 설비 건전성 판단모듈; 및
플랜트 핵심 설비 기자재 및 외부 하중 관련 데이터셋을 구축하는 데이터 구축 모듈; 을 포함하고
상기 시뮬레이션 시스템 구축 모듈; 은
핵심 설비 하드웨어 기반 시뮬레이션 시스템 운영 시나리오를 설계하고, 상기 시나리오를 통해 시뮬레이션 시스템을 검증하고,
상기 평가모듈; 은
시뮬레이션 시스템을 통해 플랜트 설비의 결함 유무, 균일성, 기계적 성질의 적절성을 포함하는 건전성 판정을 수행하고
상기 평가 모듈은
진동진단 데이터의 시간영역 해석, 주파수 영역 해석 및 성분 분석을 통해 따라 안전성, 건전성 평가 결과를 산출하고, 상기 시간 영역 해석은 시간파형, 진폭의 확률밀도함수를 이용하여 진폭의 크기나 시간적 변동, 파형의 충격성과 대칭성을 분석하는 과정을 포함하고, 상기 주파수영역 해석은 FFT(고속 푸리에 변화)를 이용하여 진동에 어떤 주파수 성분(스펙트럼)이 포함되어 있는지를 파악하는 과정을 포함하고,
상기 평가 모듈은
리사주 도형을 이용하여 회전축 중심이 공간적으로 어떤 궤적을 그리며 운동하는지를 파악하는 공간영역 해석을 수행하고,
상기 평가 모듈은
설비의 성능이나 기능을 나타내는 1차 효과 파라미터를 이용하는 방법과 설비의 가동에 의해 발생하는 2차 효과 파라미터를 이용하여 안전성 및 건전성 평가를 수행하고
상기 1차 효과 파라미터는 설비에서 관측되는 상태 파라미터로서, 상기 평가 모듈은 1차 효과 파라미터를 이용하여 성능모니터링 (Performance monitoring) 및 거동감시(Behavior monitoring)를 통해 설비의 상태를 모니터링하고,
상기 2차 효과 파라미터는 설비의 가동에 의해 변화하는 진동, 음향, 온도의 상태 파라미터이고,
상기 평가 모듈은 파라미터 진단을 위한 센서를 통해 파라미터 데이터를 수집하고, 수집된 파라미터 데이터를 분석하여 플랜트 이상의 조기발견 및 이상 원인이나 발생위치를 진단하고, 상기 1차 효과 파라미터는 간이 진단에 이용되고, 2차 효과 파라미터는 간이진단과 정밀진단에 모두 이용되고,
상기 통합관제 모듈; 은
가상화 운영 및 유지보수 플랫폼과 연계하여, 플랜트 설비 데이터를 모니터링 하고, 적응형 기계학습 모델을 통해, 변화하는 모니터링 데이터 특징에 대응하고,
상기 통합관제 모듈; 은
IoT를 활용한 관제 및 시뮬레이션 환경을 분석하고,
상기 데이터 구축 모듈; 은
적응형 기계학습 모델을 통해 변화하는 데이터 특징에 대응하고, 최종 인공지능 모델 결정 후 시스템 통합 데이터 셋을 구축하고, 플랜트 수요기업 적용을 위한 데이터 셋을 구축하고, 오일가스 플랜트 설비에서 모니터링된 데이터 수치와 데이터셋 자료를 비교하여, 모니터링된 데이터 및 기존 데이터 분석을 위한 기초자료를 구축하는
인공지능 기반의 오일가스 플랜트 설비 고장 예측 및 진단시스템.
In an artificial intelligence-based oil and gas plant equipment failure prediction and diagnosis system,
A simulation system construction module that designs and verifies a simulation system based on plant core equipment hardware;
An evaluation module that performs safety and soundness evaluation of oil and gas plant facilities using the above simulation system;
An integrated control module that performs integrated control of plant facilities based on artificial intelligence;
A facility health judgment module that performs artificial intelligence-based plant facility health prediction and diagnosis; and
Includes a data construction module that builds a data set related to plant core equipment and external loads;
The above simulation system construction module;
Design a simulation system operation scenario based on core facility hardware, and verify the simulation system through the scenario.
The above evaluation module;
Through the simulation system, the health of the plant equipment, including the presence or absence of defects, uniformity, and suitability of mechanical properties, is assessed.
The above evaluation module
The safety and soundness evaluation results are derived through time domain analysis, frequency domain analysis and component analysis of vibration diagnosis data, and the time domain analysis includes a process of analyzing the size or temporal variation of amplitude, and the impulsiveness and symmetry of the waveform using a probability density function of the time waveform and amplitude, and the frequency domain analysis includes a process of identifying which frequency components (spectrum) are included in the vibration using FFT (fast Fourier transform).
The above evaluation module
We perform spatial domain analysis to determine the spatial trajectory along which the center of the rotation axis moves using the Lissajous figure.
The above evaluation module
A safety and soundness evaluation is performed using the primary effect parameters that indicate the performance or function of the equipment and the secondary effect parameters that occur due to the operation of the equipment.
The above primary effect parameter is a status parameter observed in the facility, and the evaluation module monitors the status of the facility through performance monitoring and behavior monitoring using the primary effect parameter.
The above secondary effect parameters are the state parameters of vibration, sound, and temperature that change due to the operation of the equipment.
The above evaluation module collects parameter data through sensors for parameter diagnosis, analyzes the collected parameter data to diagnose early plant abnormalities and the cause or location of abnormalities, and the first effect parameter is used for simple diagnosis, and the second effect parameter is used for both simple diagnosis and precise diagnosis.
The above integrated control module;
In conjunction with the virtualized operation and maintenance platform, it monitors plant equipment data and responds to changing monitoring data characteristics through adaptive machine learning models.
The above integrated control module;
Analyze the control and simulation environment using IoT,
The above data construction module;
Respond to changing data characteristics through an adaptive machine learning model, build a system integration data set after deciding on the final artificial intelligence model, build a data set for application to plant demand companies, and compare data values monitored at oil and gas plant facilities with data set data to build basic data for analyzing monitored data and existing data.
Artificial intelligence-based oil and gas plant equipment failure prediction and diagnosis system.
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