RU2749640C1 - System and method for diagnostics of industrial object based on analysis of acoustic signals - Google Patents

System and method for diagnostics of industrial object based on analysis of acoustic signals Download PDF

Info

Publication number
RU2749640C1
RU2749640C1 RU2020138538A RU2020138538A RU2749640C1 RU 2749640 C1 RU2749640 C1 RU 2749640C1 RU 2020138538 A RU2020138538 A RU 2020138538A RU 2020138538 A RU2020138538 A RU 2020138538A RU 2749640 C1 RU2749640 C1 RU 2749640C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
industrial facility
acoustic signals
analysis
anomalies
file
Prior art date
Application number
RU2020138538A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дмитрий Владимирович Лапин
Владимир Владимирович Клычников
Марк Эдуардович Хуббатулин
Кирилл Андреевич Уланов
Original Assignee
Общество С Ограниченной Ответственностью "Кловер Групп"
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 Общество С Ограниченной Ответственностью "Кловер Групп" filed Critical Общество С Ограниченной Ответственностью "Кловер Групп"
Priority to RU2020138538A priority Critical patent/RU2749640C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2749640C1 publication Critical patent/RU2749640C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01MTESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M15/00Testing of engines

Abstract

FIELD: industrial facility diagnostics.SUBSTANCE: invention relates to industrial facility diagnostics based on the analysis of acoustic signals. The substance of the invention lies in the fact that a system for diagnosing an industrial facility based on the analysis of acoustic signals contains at least one microphone configured to receive acoustic signals from an industrial facility, a computer configured to generate a file with acoustic signals received from at least one microphone. signals, validation and transfer of a file to a database, a database made with the possibility of saving the said files and supplementing them with data on at least the connection of acoustic signals and an industrial facility, time, place, conditions for receiving acoustic signals, a module for determining file anomalies made with the ability to make a decision on the normal or abnormal operation of an industrial facility based on a predetermined training sample from data on the normal operation of an industrial facility, a decision-making module configured to make a decision on the presence or absence of anomalies based on additional correction in conditions of increased noise; an in-depth anomaly analysis module configured to identify the cause of anomalies in an industrial facility based on acoustic signals using heuristic dependencies.EFFECT: invention provides ability to diagnose various types of equipment and perform fast horizontal and vertical scaling, while achieving high quality breadth and depth of analysis.8 cl, 2 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретение.The technical field to which the invention relates.

Изобретение относится к области мониторинга и диагностирования состояния промышленного объекта, в частности оценке его технического состояния.The invention relates to the field of monitoring and diagnosing the state of an industrial facility, in particular, assessing its technical condition.

Уровень техники.State of the art.

Известен способ диагностики технического состояния деталей, узлов и приводных агрегатов газотурбинного двигателя и устройство для его осуществления (патент RU2379645C2, опубл. 20.01.2010). Для бесконтактной диагностики авиационных газотурбинных двигателей (ГТД) и приводных агрегатов (ПА) без разборки ГТД и ПА при одновременной возможности идентификации и локализации разнообразных дефектов деталей, узлов и ПА ГТД согласно известному способу диагностики технического состояния деталей, узлов и ПА ГТД, включающим измерение и обработку вибросигналов с корпусных конструкций ГТД и ПА с получением информации о техническом состоянии диагностируемых деталей, узлов и ПА ГТД, измерение вибросигналов с корпусных конструкций ГТД и приводных агрегатов осуществляют в приближенных к диагностируемым деталям, узлам и приводным агрегатам ГТД зонах измерений дистанционно и бесконтактно посредством лазерного вибропреобразователя с измерением и цифровой обработкой вибросигналов, обусловленных аэрогазодинамическими и механическими процессами в газовоздушном тракте и кинематических парах в диагностируемых деталях, узлах и приводных агрегатах ГТД и передающихся на корпусные конструкции ГТД и приводных агрегатов, а информацию о техническом состоянии диагностируемых деталей, узлов и приводных агрегатов ГТД получают путем цифровой обработки вибросигналов на регистраторе-анализаторе с возможностью цифровой обработки вибросигналов с расчетом глубин модуляции на дискретных составляющих спектра огибающей вибрации в высокочастотном диапазоне колебаний корпусных конструкций ГТД и ПА. Технический результат - диагностирование технического состояния авиационных двигателей, узлов и приводных агрегатов ГТД без разборки ГТД и приводных агрегатов при одновременной возможности идентификации и локализации разнообразных дефектов деталей, узлов и приводных агрегатов ГТД.A known method for diagnosing the technical state of parts, assemblies and drive units of a gas turbine engine and a device for its implementation (patent RU2379645C2, publ. 20.01.2010). For non-contact diagnostics of aircraft gas turbine engines (GTE) and drive units (PA) without disassembling the GTE and PA with the simultaneous possibility of identifying and localizing various defects of parts, assemblies and PA GTE according to the known method for diagnosing the technical condition of parts, assemblies and PA GTE, including measuring and processing of vibration signals from the hull structures of the GTE and PA with obtaining information about the technical condition of the diagnosed parts, assemblies and PA of the GTE, the measurement of vibration signals from the hull structures of the GTE and drive units is carried out in the measurement zones close to the diagnosed parts, units and drive units of the GTE, remotely and contactlessly by means of a laser vibration transducer with measurement and digital processing of vibration signals caused by aerogasdynamic and mechanical processes in the gas-air duct and kinematic pairs in the diagnosed parts, units and drive units of the gas turbine engine and transmitted to the body structures of the gas turbine engine and drives some units, and information on the technical condition of the diagnosed parts, assemblies and drive units of the GTE is obtained by digital processing of vibration signals on a recorder-analyzer with the possibility of digital processing of vibration signals with the calculation of modulation depths on discrete components of the vibration envelope spectrum in the high-frequency range of oscillations of the GTE and PA body structures. The technical result is to diagnose the technical condition of aircraft engines, components and drive units of a gas turbine engine without disassembling the gas turbine engine and drive units, while simultaneously identifying and localizing various defects of parts, assemblies and drive units of the gas turbine engine.

Однако в данном решении для анализа используются вибросигналы, схема обработки сигналов отличается, принципы обработки также отличаются, что не обеспечивает достаточную точность и скорость определения состояния разных промышленных объектов.However, in this solution, vibration signals are used for analysis, the signal processing scheme is different, the processing principles are also different, which does not provide sufficient accuracy and speed in determining the state of various industrial facilities.

Известен способ проверки качества активной неисправности и интеллектуальной диагностики неисправности двигателя (CN101839805A, опубл. 22.09.2010). Изобретение раскрывает способ проверки качества активной неисправности и интеллектуальной диагностики неисправности двигателя, которая соответствует признаку неисправности с соответствующей частотой для проверки качества активной неисправности, когда двигатель не разобран. Способ, в частности, включает следующие этапы: последовательная загрузка сигналов с разными частотами от низкой до высокой с помощью вибрационного устройства в систему двигателя согласно принципу взаимосвязи между частотами и неисправностью; резонировать сигналами с той же частотой; определение признака неисправности, генерируемой сигналами в частоте или полосе частот; сбор соответствующей информации о неисправностях; извлечение собственного вектора неисправности для собранной информации о неисправности методом вейвлет-анализа в качестве входного собственного вектора для наследования и оптимизации узлов ввода нейронной сети вейвлет; и получение обучающей выборки сети для диагностики данных онлайн-измерений. Исследуемый образец изобретения имеет преимущества легкости получения, высокой актуальности, высокой точности, низкой стоимости и тому подобного. Оптимизированная сеть обладает характеристиками хорошего нелинейного отображения и высокой скорости сходимости и может эффективно диагностировать неисправность двигателя.There is a known method for checking the quality of an active malfunction and intelligent diagnostics of an engine malfunction (CN101839805A, publ. 09/22/2010). The invention discloses a method for checking the quality of an active fault and intelligently diagnosing an engine fault that corresponds to a fault symptom at an appropriate frequency for checking the quality of an active fault when the engine is not disassembled. The method, in particular, includes the following steps: sequential loading of signals with different frequencies from low to high by means of a vibration device into the engine system according to the principle of the relationship between frequencies and a fault; resonate with signals with the same frequency; determination of the symptom of a malfunction generated by signals in the frequency or frequency band; collection of relevant information on faults; extracting the eigenvector of the fault for the collected information about the fault using the wavelet analysis method as an input eigenvector for inheriting and optimizing the input nodes of the wavelet neural network; and obtaining a training sample of the network for diagnosing online measurement data. The test sample of the invention has the advantages of ease of production, high relevance, high accuracy, low cost, and the like. The optimized network has the characteristics of good non-linear display and high convergence rate, and can diagnose motor malfunction effectively.

Однако в данном решении для анализа используются вибросигналы, схема обработки сигналов отличается, принципы обработки также отличаются, что не обеспечивает достаточную точность и скорость определения состояния разных промышленных объектов.However, in this solution, vibration signals are used for analysis, the signal processing scheme is different, the processing principles are also different, which does not provide sufficient accuracy and speed in determining the state of various industrial facilities.

Известно выбранное в качестве прототипа решение, описывающее способ, использующий MFCC и CELP для обнаружения неисправностей газотурбинных двигателей (US8655571B2, опубл. 18.02.2014). Известный способ обнаружения и диагностики неисправностей для газотурбинных двигателей включает сбор сигнала датчика от акустического или вибрационного датчика в газотурбинном двигателе, предварительную обработку сигнала датчика для удаления прогнозируемого фона и извлечение набора характеристик из сигнала датчика с использованием Mel -Алгоритмы частотных кепстральных коэффициентов (MFCC) и / или алгоритмы линейного прогнозирования с кодовым возбуждением (CELP). Сообщается о неисправных и нормальных состояниях на основе сравнения между набором функций и библиотекой профилей неисправных и не неисправных признаков, соответствующих неисправным и нормальным состояниям газотурбинного двигателя.Known selected as a prototype solution, describing a method using MFCC and CELP for detecting malfunctions of gas turbine engines (US8655571B2, publ. 02/18/2014). A known method for detecting and diagnosing faults for gas turbine engines includes collecting a sensor signal from an acoustic or vibration sensor in a gas turbine engine, preprocessing the sensor signal to remove the predicted background, and extracting a set of characteristics from the sensor signal using Mel-Algorithms of Frequency Cepstral Coefficients (MFCC) and / or Code Excited Linear Prediction (CELP) algorithms. Fault and normal states are reported based on a comparison between a set of functions and a library of fault and non-faulty symptom profiles corresponding to the faulty and normal states of a gas turbine engine.

Однако в данном решении для анализа используются вибросигналы, схема обработки сигналов отличается, принципы обработки также отличаются, что не обеспечивает достаточную точность и скорость определения состояния разных промышленных объектов. However, in this solution, vibration signals are used for analysis, the signal processing scheme is different, the processing principles are also different, which does not provide sufficient accuracy and speed in determining the state of various industrial facilities.

Раскрытие изобретения.Disclosure of the invention.

В одном аспекте изобретения раскрыта система для оценки состояния промышленного объекта, содержащая:In one aspect of the invention, a system for assessing the condition of an industrial facility is disclosed, comprising:

- по меньше мере один микрофон, выполненный с возможностью приема акустических сигналов от промышленного объекта;- at least one microphone configured to receive acoustic signals from an industrial facility;

- компьютер, выполненный с возможностью формирования файла с принятыми от набора микрофонов акустическими сигналами, валидации и пересылки файла в базу данных;- a computer capable of generating a file with acoustic signals received from a set of microphones, validating and sending the file to the database;

- базу данных, выполненную с возможностью сохранения упомянутых файлов и дополнения их данными о по меньшей мере связи акустических сигналов и промышленного объекта, времени, месте, условиях приема акустических сигналов;- a database capable of storing said files and supplementing them with data on at least the relationship between acoustic signals and an industrial facility, time, place, conditions for receiving acoustic signals;

- модуль определения аномальности файла, выполненный с возможностью принятия решения о нормальной или аномальной работе промышленного объекта на основании заранее заданной обучающей выборки из данных о нормальной работе промышленного объекта;- a module for determining file abnormality, configured to make a decision on the normal or abnormal operation of an industrial facility based on a predetermined training sample from data on the normal operation of an industrial facility;

- модуль принятия решения, выполненный с возможностью принимать решение о наличии или отсутствии аномалий на основании дополнительной корректировки в условиях повышенных шумов;- a decision-making module configured to make a decision on the presence or absence of anomalies based on additional correction in conditions of increased noise;

- модуль углубленного анализа аномалий, выполненный с возможностью выявления причины аномалий в промышленном объекте на основании акустических сигналов с использованием эвристических зависимостей.- a module for in-depth analysis of anomalies, made with the ability to identify the cause of anomalies in an industrial facility based on acoustic signals using heuristic dependencies.

В дополнительных аспектах раскрыто, что модуль принятия решения выполнен с дополнительной возможностью учета экспертных заключений при принятии решения; файл с звуковыми файлами содержит данные с частотой дискретизации по меньшей мере 16 кГц; компьютер выполнен с дополнительной возможностью фильтрации частотного диапазона вокруг частоты работы промышленного объекта, причем размер частотного диапазона выбирается из условия попадания амплитуд частот N, 2N, 3N, 4N, 5N в диапазон от -5 до +5 Дб от амплитуды основной частоты, где N - частота вращения элемента промышленного объекта; модуль определения аномальности файла выполнен с возможностью использования сверточных нейронных сетей, на вход которых подается MEL спектрограмма; модуль углубленного анализа аномальностей выполнен с возможностью строить эвристические правила на анализе отношения амплитудных гармонических коэффициентов, определенных на частотно-временном пространстве; модуль углубленного анализа аномалий выполнен с возможностью использовать для анализа те частоты из N, 2N, 3N, 4N, 5N, 6N, 7N, 8N, 9N, 10N, амплитуда которых находится в диапазоне от -3 до +3 Дб от амплитуды основной частоты, где N - частота вращения элемента промышленного объекта.In additional aspects, it is disclosed that the decision-making module is configured with the additional possibility of taking into account expert opinions when making a decision; the file with audio files contains data with a sampling rate of at least 16 kHz; the computer is made with the additional ability to filter the frequency range around the frequency of the industrial facility, and the size of the frequency range is selected from the condition that the amplitudes of frequencies N, 2N, 3N, 4N, 5N fall within the range from -5 to +5 dB from the amplitude of the fundamental frequency, where N is frequency of rotation of an element of an industrial facility; the module for determining the anomalousness of the file is configured to use convolutional neural networks, the input of which is a MEL spectrogram; the module for in-depth analysis of anomalies is configured to build heuristic rules based on the analysis of the ratio of amplitude harmonic coefficients determined in the time-frequency space; the module for in-depth analysis of anomalies is configured to use for analysis those frequencies from N, 2N, 3N, 4N, 5N, 6N, 7N, 8N, 9N, 10N, the amplitude of which is in the range from -3 to +3 dB from the amplitude of the fundamental frequency, where N is the frequency of rotation of an element of an industrial facility.

В другом аспекте раскрыт способ оценки состояния промышленного объекта, содержащий этапы, на которых:In another aspect, a method for assessing the state of an industrial facility is disclosed, comprising the steps of:

- принимают акустические сигналы от промышленного объекта с помощью по меньшей мере одного микрофона;- receive acoustic signals from an industrial facility using at least one microphone;

- предварительно обрабатывают акустические сигналы, чтобы определить наличие аномалий в работе промышленного объекта с помощью компьютера на основании обучающей выборки из данных о нормальной работе промышленного объекта;- preliminary processing of acoustic signals in order to determine the presence of anomalies in the operation of an industrial facility using a computer based on a training sample from data on the normal operation of an industrial facility;

- с помощью веб-интерфейса корректируют результаты определения аномалий, используя экспертные заключения;- using the web interface, the results of determining anomalies are corrected using expert opinions;

- определяют причину аномалии в промышленном объекте на основании эвристических зависимостей с помощью компьютера на основе анализа акустических сигналов, в которых была выявлена аномалия.- determine the cause of the anomaly in an industrial facility on the basis of heuristic dependencies using a computer based on the analysis of acoustic signals in which the anomaly was detected.

В другом аспекте раскрыто устройство для оценки состояния промышленного объекта, содержащее:In another aspect, an apparatus for assessing the condition of an industrial facility is disclosed, comprising:

- микрофон, выполненный с возможностью приема акустических сигналов от промышленного объекта;- a microphone capable of receiving acoustic signals from an industrial facility;

- модуль первичной обработки, выполненный с возможностью формирования файла с принятыми от микрофона акустическими сигналами, валидации и пересылки файла в блок памяти;- a primary processing module capable of generating a file with acoustic signals received from a microphone, validating and transferring the file to a memory unit;

- модуль памяти, выполненный с возможностью сохранения упомянутых файлов и дополнения их данными о по меньшей мере связи акустических сигналов и промышленного объекта, времени, месте, условиях приема акустических сигналов;- a memory module made with the possibility of storing said files and supplementing them with data on at least the connection of acoustic signals and an industrial facility, time, place, conditions for receiving acoustic signals;

- модуль определения аномальности файла, выполненный с возможностью принятия решения о нормальной или аномальной работе промышленного объекта на основании заранее заданной обучающей выборки из данных о нормальной работе промышленного объекта;- a module for determining file abnormality, configured to make a decision on the normal or abnormal operation of an industrial facility based on a predetermined training sample from data on the normal operation of an industrial facility;

- модуль принятия решения, выполненный с возможностью принимать решение о наличии или отсутствии аномалий на основании дополнительной корректировки в условиях повышенных шумов;- a decision-making module configured to make a decision on the presence or absence of anomalies based on additional correction in conditions of increased noise;

- модуль углубленного анализа аномалий, выполненный с возможностью выявления причины аномалий в промышленном объекте на основании акустических сигналов с использованием эвристических зависимостей.- a module for in-depth analysis of anomalies, made with the ability to identify the cause of anomalies in an industrial facility based on acoustic signals using heuristic dependencies.

Основными задачами, решаемыми заявленным изобретением, являются определение технического состояния промышленного объекта на основании акустических данных принятых от этого объекта, автоматизация процесса анализа состояния промышленного объекта.The main tasks solved by the claimed invention are to determine the technical state of an industrial facility on the basis of acoustic data received from this facility, to automate the process of analyzing the state of an industrial facility.

Сущность изобретения заключается в том, что с помощью по меньшей мере одного микрофона записывают звук, исходящий от работающего промышленного объекта (звук, который исходит от двигателя и иных механических объектов), в два этапа обрабатывают записанные данные. На первом этапе определяют наличие или отсутствие аномалий, на втором этапе посредством глубокого анализа определяют конкретную неисправность.The essence of the invention lies in the fact that with the help of at least one microphone, the sound emanating from a working industrial facility (sound that emanates from an engine and other mechanical objects) is recorded, the recorded data is processed in two stages. At the first stage, the presence or absence of anomalies is determined, at the second stage, a specific malfunction is determined through in-depth analysis.

Технический результат, достигаемый решением, заключается в возможности осуществлять быстрое горизонтальное и вертикальное масштабирование, достигая при этом высокого качества широты и глубины анализа, то есть в возможности адаптировать изобретение под различные типы оборудования и проводить глубокий анализ разных типов оборудования.The technical result achieved by the solution is the ability to quickly scale horizontally and vertically, while achieving high quality breadth and depth of analysis, that is, the ability to adapt the invention to various types of equipment and conduct in-depth analysis of different types of equipment.

Краткое описание чертежей.Brief description of the drawings.

Фиг.1 показывает схему системы диагностирования состояния промышленного объекта.1 shows a diagram of a system for diagnosing the state of an industrial facility.

Фиг.2 показывает способ диагностирования состояния промышленного объекта.2 shows a method for diagnosing a condition of an industrial facility.

Осуществление изобретения.Implementation of the invention.

Термины и определения:Terms and Definitions:

Аномалия - ситуация, в которой значения параметров промышленного объекта отличаются от нормальных для данного режима работы промышленного объекта. Anomaly is a situation in which the values of the parameters of an industrial facility differ from the normal values for a given operating mode of an industrial facility.

Диагностика промышленного объекта – определение состояния промышленного объекта и причины аномальной работы, при ее наличии. Diagnostics of an industrial facility - determining the state of an industrial facility and the cause of abnormal operation, if any.

Дообучение – процесс настройки для расширения свойств по определению аномальности файла с записанными акустическими данными. Retraining is a tuning process for extending the anomalous properties of the recorded acoustic data file.

Нарушение режимов эксплуатации - тип инцидента, характеризующийся неправильной работой исправного промышленного объекта по причине некорректных действий человека-оператора. Violation of operating modes is a type of incident characterized by improper operation of a working industrial facility due to incorrect actions of a human operator.

Отказ - тип инцидента, характеризующийся переходом промышленного объекта из работоспособного состояния в неработоспособное. Failure is a type of incident characterized by the transition of an industrial facility from an operational state to an inoperative state.

Переобучение – процесс настройки для изменения свойств по определению аномальности файла с записанными акустическими данными. Retraining is a tuning process to change the anomalous properties of the recorded acoustic data file.

Программно-аппаратный комплекс - устройство или система, состоящая из программного и аппаратного обеспечения, частным примером может быть микропроцессорная система, сервер, специализированная интегральная схема, компьютер общего назначения и т.п. Hardware and software complex - a device or system consisting of software and hardware, a particular example may be a microprocessor system, a server, a specialized integrated circuit, a general-purpose computer, etc.

Промышленный объект - объект, относящийся к сфере транспорта, машиностроения, производства, частными примерами могут являться поезд, самолет, завод, производственная линия, конвейер, энергетическая установка, промышленный насос и т.п. Industrial facility - an object related to the field of transport, mechanical engineering, production, particular examples may be a train, an airplane, a factory, a production line, a conveyor, a power plant, an industrial pump, etc.

Элемент промышленного объекта - компонент, блок, деталь, узел, агрегат, входящий в состав более сложного по своей конструкции и функциям объекта, примерами могут являться двигатель поезда или самолета, отдельная линия или автомат конвейера, узел агрегата и т.п. An element of an industrial facility is a component, block, part, unit, unit that is part of an object that is more complex in its design and functions, examples can be a train or plane engine, a separate line or conveyor machine, a unit assembly, etc.

Решение для технического анализа акустических данных оборудования состоит из аппаратной части (АЧ) сбора, обработки и передачи акустических данных и программной части (ПЧ) для обработки и представления данных. The solution for technical analysis of equipment acoustic data consists of hardware (AF) for collecting, processing and transmitting acoustic data and software (FC) for processing and presenting data.

АЧ состоит из по меньшей мере одного акустического датчика – измерительного микрофона, в некоторых вариантах устанавливаемого направленно на наиболее важные элементы анализируемого оборудования, средств оцифровки, обработки и передачи сигналов. The frequency response consists of at least one acoustic sensor - a measuring microphone, in some versions, installed directed to the most important elements of the analyzed equipment, means of digitization, processing and transmission of signals.

Средства оцифровки представляют собой АЦП (аналого-цифровой преобразователь), который может быть встроен в микрофон или средство обработки.The digitizing tool is an ADC (analog to digital converter) that can be built into a microphone or processing tool.

Средства обработки представляют собой по меньшей мере одно из компьютера, ноутбука, контроллера, процессора, специализированной схемы, специализированного устройства, предназначенного для сбора и обработки акустических данных. Средство обработки может иметь любую форму, но должно иметь функциональные возможности для необходимой обработки сигналов.The processing means are at least one of a computer, laptop, controller, processor, specialized circuit, specialized device for collecting and processing acoustic data. The processing means can be of any form, but must have the functionality to process the signals as needed.

Средство передачи представляет собой любой известный передатчик данных: проводной или беспроводной.The transmission medium is any known data transmitter, wired or wireless.

ПЧ может быть реализована на любом языке программирования, что не имеет значения для заявленного решения, основным требованием является эффективная обработка данных и решение задач по определению состояния исследуемого промышленного объекта.The inverter can be implemented in any programming language, which does not matter for the declared solution, the main requirement is effective data processing and solving problems to determine the state of the industrial facility under study.

ПЧ также реализует функциональность по дообучению и/или переобучению модуля определения состояния промышленного объекта, что позволяет увеличить точность обнаружения аномалий. The VFD also implements the functionality for additional training and / or retraining of the module for determining the state of an industrial facility, which makes it possible to increase the accuracy of detecting anomalies.

Отличиями предлагаемого технического решения от известных из уровня техники являются: The differences between the proposed technical solution and those known from the prior art are:

1. Многоуровневая архитектура, которая позволяет адаптировать системы под различные типы оборудования и осуществлять быстрое горизонтальное и вертикальное масштабирование, достигая при этом высокого качества широты и глубины анализа. 1. Multilevel architecture that allows you to adapt systems for different types of equipment and implement fast horizontal and vertical scaling, while achieving high quality breadth and depth of analysis.

2. Наличие модуля расчета аномальности файла и модуля принятия решений позволяет точно диагностировать аномальность работы оборудования за счет подстройки под конкретный промышленный объект или его узел. 2. The presence of the module for calculating the anomalousness of the file and the module for making decisions allows you to accurately diagnose the abnormality of the equipment operation by adjusting it to a specific industrial facility or its unit.

Предложенная система 100 оценки состояния промышленного объекта показана на фиг.1. The proposed system 100 for assessing the state of an industrial facility is shown in Fig. 1.

Система 100 содержит по меньшей мере один микрофон 101, выполненный с возможностью приема акустических данных в необходимом частотном диапазоне, с требуемой точностью. Микрофон может быть направленным для получения данных от конкретного узла промышленного объекта. В некоторых вариантах осуществления может использоваться набор микрофонов.System 100 includes at least one microphone 101 configured to receive acoustic data in the desired frequency range, with the required accuracy. The microphone can be directed to receive data from a specific site in an industrial facility. In some embodiments, a microphone array may be used.

Одноплатный компьютер 102 выполнен с возможностью валидации аудиоданных, полученных от микрофона и отправки прошедших валидацию данных в базу 103 данных. Валидация включает в себя проверку целостности и наличие корректных метаданных: по меньшей мере время записи, продолжительность записи. Одноплатный компьютер может быть реализован на базе интегральной схемы специального назначения (ASIC), процессора, контроллера или иного подходящего средства.The single board computer 102 is configured to validate the audio data received from the microphone and send the validated data to the database 103. Validation includes checking the integrity and the presence of correct metadata: at least the time of the recording, the duration of the recording. A single board computer can be implemented using a special purpose integrated circuit (ASIC), processor, controller, or other suitable means.

База 103 данных хранит данные, полученные от компьютера 102. База данных может находиться на сервере или быть локальной.The database 103 stores data received from the computer 102. The database can be located on a server or be local.

Модуль 104 расчета аномальности файла акустических данных выполняет обработку для выявления аномалий в принятых данных. Для этого используется интеллектуальная программная компонента, использующая заранее записанные данные о нормальной работе объекта или его узла. Эта компонента сравнивает данные о нормальной работе объекта с измеренными данными и делает заключение о наличии или отсутствии аномалии.Module 104 for calculating anomalies of the acoustic data file performs processing to detect anomalies in the received data. For this, an intelligent software component is used that uses pre-recorded data on the normal operation of an object or its unit. This component compares the data on the normal operation of the object with the measured data and makes a conclusion about the presence or absence of an anomaly.

Модуль 105 принятия решения выполнен с возможностью принятия решения о нормальной или аномальной работе оборудования, также в этом модуле реализована возможность переобучения и дообучения модели с помощью экспертных заключений, которые вносят поправки в заключения, полученные в результате работы модуля 105. Эксперт может указать данные, содержащие аномалии или наоборот не содержащие их, если модуль 104 неправильно определил наличие или отсутствие аномалии. Таким образом происходит дообучение или переобучение модели. The decision-making module 105 is configured to make a decision on the normal or abnormal operation of the equipment, and this module also implements the possibility of retraining and retraining the model using expert opinions that amend the conclusions obtained as a result of the operation of module 105. The expert can indicate data containing anomalies, or vice versa, not containing them, if module 104 incorrectly determined the presence or absence of an anomaly. Thus, additional training or retraining of the model occurs.

Модуль 106 подстройки модели выполнен с возможностью уменьшения ложноположительных выводов о наличии аномалий, в условиях повышенных внешних шумовых воздействий с помощью обобщения данных для обучения путем аугментации шумов, накопленных в системе. Module 106 adjusting the model is configured to reduce false positive conclusions about the presence of anomalies, in conditions of increased external noise impacts by generalizing data for training by augmentation of noise accumulated in the system.

Модуль 107 углубленного анализа аномальных файлов выполнен с возможностью осуществлять углубленный анализ причины аномальности с использованием эвристических зависимостей, полученных на основе рекомендаций ГОСТ/ISO и виброакустического моделирования оборудования, результатом работы модуля 107 является вероятностностная характеристика обнаруженной причины аномальности.Module 107 for in-depth analysis of anomalous files is configured to perform in-depth analysis of the cause of the anomaly using heuristic dependencies obtained on the basis of GOST / ISO recommendations and vibroacoustic simulation of equipment, the result of the operation of module 107 is the probabilistic characteristic of the detected cause of the anomaly.

Способ оценки состояния промышленного объекта показан на фиг.2.A method for assessing the state of an industrial facility is shown in Fig. 2.

В части способа поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что диагностика и мониторинг промышленного оборудования осуществляется следующим образом. На этапе 201 происходит запись аудиофайла с помощью измерительного микрофона. На этапе 202 происходит валидация аудиофайла, и его дальнейшая пересылка по проводному или беспроводному каналу связи на сервер хранения, далее файл сохраняется на сервере длительного хранения и происходит дополнительная проверка файла, формируются дополнительные сущности, которые позволяют системе хранить дополнительную информацию о связи, записанного аудиофайла и промышленного объекта, времени, места и условий записи. Далее происходит расчет аномальности файла при помощи интеллектуальной компоненты, первоначально для работы интеллектуальной компоненты формируется обучающая выборка из записанных аудиофайлов нормальной работы оборудования. Далее происходит принятие решения о нормальной или аномальной работе оборудования, также в этом модуле реализована возможность переобучения и дообучения модели с помощью экспертных заключений, которые вносят поправки в заключения, полученные в результате работы системы. Далее осуществляется автоматическая подстройка модели, позволяющая избежать ложноположительных срабатываний, в условиях повышенных внешних шумовых воздействий. Если после этапа 202 файл считается аномальным, то он переходит на этап 203, на котором происходит углубленный анализ причины аномальности с использованием эвристических зависимостей, результатом работы алгоритма на этапе 203 является вероятностная характеристика обнаруженной причины аномальности файла.In part of the method, the problem is solved, and the technical result is achieved by the fact that the diagnostics and monitoring of industrial equipment is carried out as follows. At step 201, an audio file is recorded using the measurement microphone. At step 202, the audio file is validated, and its further transfer via a wired or wireless communication channel to the storage server, then the file is stored on the long-term storage server and additional file verification takes place, additional entities are formed that allow the system to store additional information about the connection of the recorded audio file and industrial facility, time, place and conditions of recording. Next, the anomalousness of the file is calculated using the intelligent component; initially, for the operation of the intelligent component, a training sample is formed from the recorded audio files of the normal operation of the equipment. Next, a decision is made on the normal or abnormal operation of the equipment, and in this module the possibility of retraining and additional training of the model is realized with the help of expert opinions, which amend the conclusions obtained as a result of the system's operation. Further, the model is automatically adjusted to avoid false positives in conditions of increased external noise influences. If after step 202 the file is considered abnormal, then it goes to step 203, where an in-depth analysis of the cause of the anomaly using heuristic dependencies is performed, the result of the algorithm operation at step 203 is the probabilistic characteristic of the detected cause of the file anomaly.

Далее на этапе 204 осуществляется передача данных анализа состояния промышленного объекта в устройства специалистов осуществляющих ремонт промышленного объекта для проверки, диагностики или ремонта.Further, at step 204, the data of the analysis of the state of the industrial facility is transmitted to the devices of specialists carrying out the repair of the industrial facility for inspection, diagnostics or repair.

В одном из вариантов осуществления предложенное решение реализовано в виде устройства, в котором в едином корпусе расположены микрофон или микрофоны, блоки хранения и обработки сигналов, блок выдачи результата анализа. In one of the embodiments, the proposed solution is implemented in the form of a device in which a microphone or microphones, signal storage and processing units, and an analysis result output unit are located in a single housing.

Блок обработки может представлять собой набор модулей (102-106) или единый программно-аппаратный модуль, реализующий функциональность модулей 102-106, при любой форме аппаратной реализации существенным является функциональность по описанной обработке акустических сигналов. The processing unit can be a set of modules (102-106) or a single software and hardware module that implements the functionality of modules 102-106, for any form of hardware implementation, the functionality for the described processing of acoustic signals is essential.

Устройство может представлять собой специализированное средство или средство, реализованное на базе ноутбука или ПК, если их функциональность позволяет принимать акустические сигналы, обрабатывать их и передавать результаты обработки.The device can be a specialized tool or a tool implemented on the basis of a laptop or PC, if their functionality allows you to receive acoustic signals, process them and transmit the processing results.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ. DETAILED DESCRIPTION OF IMPLEMENTATION OPTIONS .

Для анализа аномальности промышленного объекта используется аудиофайл, предпочтительно формата wav, частота дискретизации при оцифровке акустических данных должна быть не менее 16кГц. Для анализа используются частоты N, 2N, 3N, 4N, 5N, где N – основная частота (частота работы промышленного объекта, например, частота вращения электродвигателя), при этом амплитуды этих частот должны находиться в диапазоне от -5 Дб до + 5 Дб относительно основной частоты.To analyze the anomalousness of an industrial facility, an audio file is used, preferably in the wav format; the sampling frequency when digitizing acoustic data must be at least 16 kHz. For the analysis, the frequencies N, 2N, 3N, 4N, 5N are used, where N is the fundamental frequency (the frequency of the industrial facility, for example, the rotational speed of an electric motor), while the amplitudes of these frequencies should be in the range from -5 dB to + 5 dB relative to fundamental frequency.

Для проведения глубокого анализа используется wav файл с частотой дискретизации не ниже 16 КГц и частотным диапазоном, соответствующим двум условиям: For in-depth analysis, a wav file with a sampling frequency of at least 16 kHz and a frequency range corresponding to two conditions is used:

1. частота для анализа одна из N, 2N…10N, где N предлагаемая основная частота промышленного объекта;1. the frequency for analysis is one of N, 2N… 10N, where N is the proposed fundamental frequency of the industrial facility;

2. амплитуда этих частот находится в диапазоне от -3 Дб до + 3 Дб относительно основной частоты.2. The amplitude of these frequencies is in the range from -3 dB to + 3 dB relative to the fundamental frequency.

Одноплатный компьютер 102 предпочтительно использует ОС Linux, может иметь различные параметры для различных конфигураций системы оценки технического состояния. Проверка записанного файла осуществляется на основании размера файла и его частоты дискретизации. Если файл не прошел проверку по этим параметрам, то он не направляется далее на проверку наличия аномальности.The single board computer 102 is preferably a Linux operating system and may have different parameters for different condition assessment system configurations. The recorded file is checked based on the file size and its sampling rate. If the file has not passed the check for these parameters, then it is not sent further to check for anomalies.

В предпочтительных вариантах осуществления используется реляционная база 103 данных PostrgesQL. Система долговременного хранения файлов отличается в зависимости от конфигурации системы. In preferred embodiments, the PostrgesQL relational database 103 is used. The long-term file storage system differs depending on the system configuration.

Модуль 104 расчета аномальности файла включает в себя ансамбль нескольких (в зависимости от задачи) сверточных нейронных сетей, на вход которых подается заранее вычисленная MEL спектограмма. Далее нейронные сети, обученные на MEL спектрограммах данных нормальной работы объекта, используются для определения аномальной работы на основе MEL спектрограмм измеренных акустических данных от промышленного объекта.The module 104 for calculating file anomalies includes an ensemble of several (depending on the task) convolutional neural networks, to the input of which a pre-calculated MEL spectrogram is supplied. Next, neural networks trained on MEL spectrograms of the normal operation of the facility are used to determine abnormal performance based on the MEL spectrograms of measured acoustic data from the industrial facility.

Модуль 105 принятия решений учитывает первоначальный порог, введенный после первоначального обучения системы (определенный на основе технических рекомендаций по состоянию и данных о последнем обслуживании оборудования), поправки, внесенные экспертами, и делает вывод о наличии или отсутствии аномальности в работе промышленного объекта.Decision module 105 takes into account the initial threshold introduced after the initial training of the system (determined on the basis of technical recommendations for the condition and data on the last maintenance of equipment), amendments made by experts, and concludes whether there is an abnormality in the operation of the industrial facility.

Модуль 106 подстройки модели включает в себя алгоритмы понижения ложноположительных срабатываний с помощью изменения порогового значения полученного после модуля принятия решения. Ложноположительные срабатывания определяют порог чувствительности к малым изменениям акустических данных, изменение порогового значения осуществляется на основании рекомендаций эксперта по обслуживанию, после проведения технического осмотра, постфактум после произошедшего инцидента или иным подходящим образом.The model adjusting module 106 includes algorithms for reducing false positives by changing the threshold value obtained after the decision module. False positives determine the threshold for sensitivity to small changes in acoustic data, the change in the threshold value is carried out based on the recommendations of the maintenance expert, after a technical inspection, after the fact after an incident occurred, or in any other suitable way.

Модуль 107 углубленного анализа реализуется на основании преобразования Вингера-Вилла (Вейля), дающего повышенное разрешение как в частотной, так и во временной области. Акустические данные, которые были подвергнуты этому преобразованию, анализируются на основе анализа отношения амплитудных гармонических коэффициентов, определенных в частотно-временном пространстве.The in-depth analysis module 107 is implemented based on the Winger-Will (Weil) transform, which provides increased resolution in both the frequency and time domains. The acoustic data that have been subjected to this transformation is analyzed based on the analysis of the ratio of the amplitude harmonic coefficients determined in the time-frequency space.

Эвристические правила построены на анализе отношения амплитудных гармонических коэффициентов, определенных на частотно-временном пространстве. Определение значений коэффициентов производится с требуемой для данного типа элемента промышленного объекта точностью на основании статистического анализа имеющейся информации о работе заведомо исправной модели, в частности, описываемой в рекомендациях ГОСТ / ISO на основе многократных экспериментов. Избираемые из рекомендаций эвристические зависимости для частотной области в дальнейшем трансформируются для применения в частотно-временной области.The heuristic rules are based on the analysis of the ratio of the amplitude harmonic coefficients determined in the time-frequency space. The values of the coefficients are determined with the accuracy required for a given type of element of an industrial facility on the basis of a statistical analysis of the available information about the operation of a known good model, in particular, described in the recommendations of GOST / ISO on the basis of repeated experiments. The heuristic dependences for the frequency domain selected from the recommendations are further transformed for use in the time-frequency domain.

Один источник аудиофайлов может иметь как ведущую, так и вспомогательную роль. Ведущая роль означает, что микрофон направлен на исследуемый промышленный объект или его узел и ведет запись акустических данных, создаваемых конкретным промышленным объектом. Вспомогательная роль подразумевает ненаправленное использование для записи и последующей фильтрации фоновых шумов. Объединение ведущих и вспомогательных аудиофайлов осуществляется на этапе расчета аномальности файла. A single audio source can have both a leading and a minor role. The leading role means that the microphone is aimed at the industrial object under study or its unit and records the acoustic data generated by a specific industrial object. The auxiliary role implies non-directional use for recording and subsequent filtering of background noise. The unification of the leading and auxiliary audio files is carried out at the stage of calculating the file anomaly.

Для уменьшения погрешности диагностики предусмотрено обучение модели экспертом, которое происходит двумя путями: To reduce the diagnostic error, the model is trained by an expert, which occurs in two ways:

1. Указание аномалии экспертом вручную посредством обозначения аудиофайлов, на котором наблюдалась аномалия, а также принадлежности аномалии к группе элементов промышленного объекта. Для файлов, отмеченных экспертом как аномалия, оцениваются абсолютные, относительные значения всех параметров, характеризующих работу указанной группы элементов промышленного объекта (а также скорости их изменения, значения дисперсии и коэффициентов корреляции) с аналогичными значениями для участков, не отмеченных экспертом как аномалия. 1. Manual indication of the anomaly by an expert by designating the audio files on which the anomaly was observed, as well as the anomaly's belonging to a group of elements of an industrial facility. For files marked by an expert as an anomaly, the absolute, relative values of all parameters characterizing the operation of the specified group of elements of an industrial facility (as well as their rate of change, variance values and correlation coefficients) are estimated with similar values for areas not marked by an expert as an anomaly.

Например, если при анализе работы асинхронного электродвигателя эксперт обнаруживает дисбаланс выходного вала, он может пометить аудиофайлы содержащие данную аномалию работу, и при небольшом количестве данных файлов может отдать команду на дообучение модели, при большом количестве аномальных файлов может быть дана команда на переобучение модели. For example, if, when analyzing the operation of an asynchronous electric motor, an expert discovers an imbalance of the output shaft, he can mark the audio files containing this anomaly, and with a small amount of these files, he can give a command to retrain the model, with a large number of anomalous files, a command to retrain the model can be given.

2. Верификация экспертом аномалии, найденной моделью может быть осуществлена как на этапе расчета аномальности файла, так и на этапе глубокого анализа, с целью уточнения причины аномальности файла. 2. Verification by an expert of the anomaly found by the model can be carried out both at the stage of calculating the file anomaly and at the stage of in-depth analysis in order to clarify the cause of the file anomaly.

На этапе глубокого анализа, в случае если аномалия подтверждается экспертом, величина отклонения фактического значения выходного параметра от прогнозируемого для данного параметра отмечается как недопустимая, и при ее превышении в дальнейшем такие участки будут отмечаться как инцидент. At the stage of in-depth analysis, if the anomaly is confirmed by an expert, the deviation of the actual value of the output parameter from the predicted value for this parameter is marked as unacceptable, and if it is exceeded in the future, such areas will be marked as an incident.

При опровержении аномалии пользователем величина отклонения отмечается как допустимая и в дальнейшем участки с подобными отклонениями как аномалии не отмечаются, благодаря подстройке порога аномальности на этапе принятия решения When the user refutes the anomaly, the deviation value is marked as permissible, and in the future areas with similar deviations are not marked as anomalies, due to the adjustment of the anomaly threshold at the decision-making stage

Оценка остаточного ресурса элемента промышленного объекта производится посредством решения задачи нахождения наиболее правдоподобного значения параметра, лучшим образом описывающего исторические данные за период наблюдения методами машинного обучения. При необходимости использования для оценки остаточного ресурса расчетного (не измеряемого на самом промышленном объекте) параметра модель дополняется отдельным блоком, решающим задачу определения эмпирической закономерности изменения расчетного параметра в заданных точках. Анализируемым параметром является самое большое отношение амплитудных гармонических коэффициентов основной частоты вращения и кратных гармоник, порождаемых исследуемым объектом, определенных на частотно-временном пространстве. The estimation of the residual resource of an element of an industrial facility is carried out by solving the problem of finding the most plausible value of the parameter that best describes the historical data for the observation period using machine learning methods. If it is necessary to use a calculated (not measured at the industrial facility itself) parameter to assess the residual resource, the model is supplemented with a separate block that solves the problem of determining the empirical pattern of changes in the calculated parameter at given points. The analyzed parameter is the largest ratio of the amplitude harmonic coefficients of the fundamental frequency of rotation and multiple harmonics generated by the object under study, determined in the time-frequency space.

В зависимости от количества данных и характера их изменения, задача прогнозирования остаточного ресурса может быть осуществлена следующим методом: при достаточном количестве данных и достаточной их дискретности оценка производится на основании эмпирической функции распределения частоты отказов в зависимости от частоты выявляемых аномалий. Depending on the amount of data and the nature of their change, the task of predicting the residual life can be carried out by the following method: with a sufficient amount of data and their sufficient discreteness, the assessment is made on the basis of the empirical distribution function of the failure rate depending on the frequency of detected anomalies.

Использование предложенного двухэтапного подхода к оценке состояния промышленного объекта и поиску причин неисправностей позволяет легко адаптировать заявленное решение к разным типам объектов, а также упрощает глубокий анализ и получение итоговой оценки состояния объекта по сравнению с гипотетическим одноэтапным способом, реализованным на схожих принципах. Кроме того, результат анализа технического состояния объекта получается быстрее за счет возможности получить результат уже после первого этапа обработки.The use of the proposed two-stage approach to assessing the state of an industrial facility and finding the causes of malfunctions makes it easy to adapt the claimed solution to different types of facilities, and also simplifies in-depth analysis and obtaining a final assessment of the state of the facility in comparison with a hypothetical one-stage method implemented on similar principles. In addition, the result of the analysis of the technical condition of the object is obtained faster due to the possibility of obtaining the result after the first stage of processing.

Предложенная система по меньшей мере частично может быть реализована на базе веб-технологий, то есть после приема и оцифровки акустических данных от промышленного объекта в месте расположения этого объекта, эти данные посредством сетей связи передаются на удаленные компьютеры или серверы, где происходит их дальнейшая обработка в том числе с участием экспертов, которые посредством веб-интерфейса могут дообучать или переобучать программную часть, в месте расположения промышленного объекта также предусмотрен интерфейс для ввода описания выявленных после диагностики/разбора/ремонта аномалий.The proposed system can at least partially be implemented on the basis of web technologies, that is, after receiving and digitizing acoustic data from an industrial facility at the location of this facility, these data are transmitted through communication networks to remote computers or servers, where they are further processed into including with the participation of experts who, through the web interface, can retrain or retrain the software part, an interface for entering a description of the anomalies identified after diagnostics / analysis / repair is also provided at the location of the industrial facility.

ВАРИАНТЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ. IMPLEMENTATION OPTIONS.

Вариант 1. Асинхронные и синхронные электродвигатели с прямым подключением нагрузки к выходному валу. Option 1 . Asynchronous and synchronous motors with direct load connection to the output shaft.

Асинхронные и синхронные электродвигатели с прямым подключением нагрузки к выходному валу могут быть подвержены различным видам неисправностей. Система мониторинга и диагностики опирается на акустический сигнал, создаваемый промышленным объектом или его узлом в процессе работы. Для промышленных объектов неоснащенных внутренними системами контроля диагностика неисправностей может занимать продолжительное время и требовать частичной или полной разборки объекта промышленного оборудования. Мониторинг состояния осуществляется системой на основе аудиоданных, собранных при нормальной работе оборудования. При изменении состояния оборудования изменяется аудиосигнал, в том числе на частотах неслышимых человеческим ухом, так, например звук, издаваемый при истирании подшипника, находится на частотах больших 20 кГц. Появление аномальных звуковых артефактов вызывает рост аномальности аудиофайла в модуле расчета аномальности. При преодолении порога решающий алгоритм отправляет аудиофайл на глубокий анализ. Asynchronous and synchronous motors with direct load connection to the output shaft can be susceptible to various types of malfunctions. The monitoring and diagnostics system relies on an acoustic signal generated by an industrial facility or its unit during operation. For industrial facilities not equipped with internal control systems, troubleshooting can take a long time and require partial or complete disassembly of the industrial equipment. Condition monitoring is carried out by the system based on audio data collected during normal operation of the equipment. When the state of the equipment changes, the audio signal changes, including at frequencies inaudible to the human ear, so, for example, the sound emitted when a bearing is worn out is at frequencies greater than 20 kHz. The appearance of anomalous audio artifacts causes an increase in the anomalousness of the audio file in the anomaly calculation module. When the threshold is crossed, the decision algorithm sends the audio file for in-depth analysis.

В случает мониторинга и диагностики асинхронного и синхронного электродвигателей с прямым подключением нагрузки к выходному валу причинами неисправностей могут служить опорные подшипники вала, обмотки статора, положение и состояние выходного вала. Основным недостатком существующих систем является необходимость установки датчиков непосредственно на корпус промышленного объекта. Акустическая система для диагностики неисправностей позволят устанавливать звукозаписывающее оборудование на расстоянии 5-200 см в направлении выходного вала. Диагностика может осуществляться как в реальном времени, так и посредством записи аудиоданных на съемный носитель для дальнейшего анализа. In the case of monitoring and diagnostics of asynchronous and synchronous electric motors with direct connection of the load to the output shaft, the causes of malfunctions can be the shaft support bearings, stator windings, position and condition of the output shaft. The main disadvantage of existing systems is the need to install sensors directly on the body of an industrial facility. The acoustic system for troubleshooting will allow recording equipment to be installed at a distance of 5-200 cm in the direction of the output shaft. Diagnostics can be carried out both in real time and by recording audio data on removable media for further analysis.

Вариант 2. Редуктор. Option 2. Reducer.

Для определения аномалий в работе редуктора необходимо установить звукозаписывающую аппаратуру на расстоянии 20-200 см от корпуса редуктора, весь корпус должен входить в диаграмму направленности микрофона. После обнаружения аномалии с помощью интеллектуальной компоненты, аномальный аудиофайл передается на этап глубокой аналитики. Для точного определения дефекта необходим широкий частотный диапазон, так как дефекты в зубчатых парах определяются по зубчатой частоте, которая в свою очередь зависит от количества зубьев. Использование широкого частотного диапазона требует повышенной вычислительной мощности серверной части. To determine anomalies in the operation of the gearbox, it is necessary to install the sound recording equipment at a distance of 20-200 cm from the gearbox housing, the entire housing must be included in the directivity pattern of the microphone. After detecting the anomaly using the smart component, the anomalous audio file is transferred to the deep analysis stage. A wide frequency range is required to accurately identify a defect, since defects in gear pairs are determined by the gear frequency, which in turn depends on the number of teeth. The use of a wide frequency range requires increased processing power of the server side.

Вариант 3. Компрессор. Option 3. Compressor.

Система позволяется выявлять аномалии в работе компрессорных установок всех типов, но определение дефектов может быть осуществлено для компрессорных установок типа: The system allows detecting anomalies in the operation of compressor units of all types, but the determination of defects can be carried out for compressor units of the type:

1. Винтовой 1. Screw

1. Кулачковый 1. Cam

1. Лопастной 1. Paddle

Вариант 4. Турбина. Option 4 . Turbine.

Звукозаписывающая аппаратура устанавливается за пределами воздушного потока, создаваемого турбиной, на расстоянии 20-200 см. Система позволяется выявлять аномалии в работе турбинных установок всех типов, дефекты, которые могут быть определены: Sound recording equipment is installed outside the air flow created by the turbine, at a distance of 20-200 cm. The system allows detecting anomalies in the operation of turbine installations of all types, defects that can be identified:

1. Дефекты лопаток турбины 1. Defects of turbine blades

1. Бой первичного и вторичного вала турбины 1. Fight of the primary and secondary shaft of the turbine

1. Дефекты в подшипниках 1. Defects in bearings

Для точного определения дефекта необходим широкий частотный диапазон, так как дефекты в турбинах определяются по лопастной частоте, которая в свою очередь зависит от количества лопаток. Использование широкого частотного диапазона требует повышенной вычислительной мощности серверной части. Частотный диапазон при диагностировании турбин наиболее широкий, так как частота вращения первичного вала может достигать 100000 об/мин.To accurately identify a defect, a wide frequency range is required, since defects in turbines are determined by the blade frequency, which in turn depends on the number of blades. The use of a wide frequency range requires increased processing power of the server side. The frequency range when diagnosing turbines is the widest, since the speed of the input shaft can reach 100,000 rpm.

Вариант 5. ДВС. Option 5 . ICE.

Система позволяется выявлять аномалии в работе ДВС на основе тех же подходов, что описаны в отношении электродвигателя или турбины, но с учетом специфика механизма ДВС и специфика акустических сигналов, исходящих от него.The system allows detecting anomalies in the operation of the internal combustion engine on the basis of the same approaches as described for the electric motor or turbine, but taking into account the specificity of the internal combustion engine mechanism and the specificity of the acoustic signals emanating from it.

Варианты осуществления не ограничиваются описанными здесь вариантами осуществления, специалисту в области техники на основе информации изложенной в описании и знаний уровня техники станут очевидны и другие варианты осуществления изобретения, не выходящие за пределы сущности и объема данного изобретения. The embodiments are not limited to the embodiments described herein, to a person skilled in the art based on the information set forth in the description and knowledge of the prior art, other embodiments of the invention will become apparent without departing from the spirit and scope of the present invention.

Элементы, упомянутые в единственном числе, не исключают множественности элементов, если отдельно не указано иное. Elements mentioned in the singular do not exclude the plurality of elements, unless otherwise specified.

Под функциональной связью элементов следует понимать связь, обеспечивающую корректное взаимодействие этих элементов друг с другом и реализацию той или иной функциональности элементов. Частными примерами функциональной связи может быть связь с возможностью обмена информацией, связь с возможностью передачи электрического тока, связь с возможностью передачи механического движения, связь с возможностью передачи света, звука, электромагнитных или механических колебаний и т.д. Конкретный вид функциональной связи определяется характером взаимодействия упомянутых элементов, и, если не указано иное, обеспечивается широко известными средствами, используя широко известные в технике принципы. The functional connection of elements should be understood as a connection that ensures the correct interaction of these elements with each other and the implementation of one or another functionality of the elements. Specific examples of functional communication can be communication with the ability to exchange information, communication with the ability to transmit electric current, communication with the ability to transmit mechanical movement, communication with the ability to transmit light, sound, electromagnetic or mechanical vibrations, etc. The specific type of functional connection is determined by the nature of the interaction of the mentioned elements, and, unless otherwise indicated, is provided by widely known means using principles widely known in the art.

Способы, раскрытые здесь, содержат один или несколько этапов или действий для достижения описанного способа. Этапы и/или действия способа могут заменять друг друга, не выходя за пределы объема формулы изобретения. Другими словами, если не определен конкретный порядок этапов или действий, порядок и/или использование конкретных этапов и/или действий может изменяться, не выходя за пределы объема формулы изобретения. The methods disclosed herein comprise one or more steps or steps to achieve the described method. The steps and / or steps of the method can be substituted for each other without departing from the scope of the claims. In other words, if a specific order of steps or actions is not defined, the order and / or use of specific steps and / or actions may vary without departing from the scope of the claims.

В заявке не указано конкретное программное и аппаратное обеспечение для реализации блоков на чертежах, но специалисту в области техники должно быть понятно, что сущность изобретения не ограничена конкретной программной или аппаратной реализацией, и поэтому для осуществления изобретения могут быть использованы любые программные и аппаратные средства известные в уровне техники. Так аппаратные средства могут быть реализованы в одной или нескольких специализированных интегральных схемах, цифровых сигнальных процессорах, устройствах цифровой обработки сигналов, программируемых логических устройствах, программируемых пользователем вентильных матрицах, процессорах, контроллерах, микроконтроллерах, микропроцессорах, электронных устройствах, других электронных модулях, выполненных с возможностью осуществлять описанные в данном документе функции, компьютер либо комбинации вышеозначенного. The application does not indicate specific software and hardware for the implementation of blocks in the drawings, but a person skilled in the art should understand that the essence of the invention is not limited to a specific software or hardware implementation, and therefore any software and hardware known in the art can be used to implement the invention. prior art. So hardware can be implemented in one or more specialized integrated circuits, digital signal processors, digital signal processing devices, programmable logic devices, user-programmable gate arrays, processors, controllers, microcontrollers, microprocessors, electronic devices, other electronic modules made with the ability perform the functions described in this document, a computer, or a combination of the above.

Хотя отдельно не упомянуто, но очевидно, что, когда речь идет о хранении данных, программ и т.п., подразумевается наличие машиночитаемого носителя данных, примеры машиночитаемых носителей данных включают в себя постоянное запоминающее устройство, оперативное запоминающее устройство, регистр, кэш-память, полупроводниковые запоминающие устройства, магнитные носители, такие как внутренние жесткие диски и съемные диски, магнитооптические носители и оптические носители, такие как диски CD-ROM и цифровые универсальные диски (DVD), а также любые другие известные в уровне техники носители данных. Although not specifically mentioned, it is obvious that when it comes to storing data, programs, etc., a computer-readable storage medium is meant, examples of computer-readable storage media include read only memory, random access memory, register, cache memory , semiconductor storage devices, magnetic media such as internal hard disks and removable disks, magneto-optical media and optical media such as CD-ROMs and digital versatile disks (DVDs), and any other storage media known in the art.

Несмотря на то, что примерные варианты осуществления были подробно описаны и показаны на сопроводительных чертежах, следует понимать, что такие варианты осуществления являются лишь иллюстративными и не предназначены ограничивать более широкое изобретение, и что данное изобретение не должно ограничиваться конкретными показанными и описанными компоновками и конструкциями, поскольку различные другие модификации могут быть очевидны специалистам в соответствующей области. While exemplary embodiments have been described in detail and shown in the accompanying drawings, it should be understood that such embodiments are illustrative only and are not intended to limit the broader invention, and that the invention should not be limited to the specific arrangements and structures shown and described. as various other modifications may be apparent to those skilled in the art.

Признаки, упомянутые в различных зависимых пунктах формулы, а также реализации раскрытые в различных частях описания могут быть скомбинированы с достижением полезных эффектов, даже если возможность такого комбинирования не раскрыта явно.The features mentioned in various dependent claims, as well as the implementations disclosed in various parts of the description, can be combined with the achievement of beneficial effects, even if the possibility of such a combination is not explicitly disclosed.

Claims (18)

1. Система для диагностики промышленного объекта на основе анализа акустических сигналов, содержащая:1. A system for diagnosing an industrial facility based on the analysis of acoustic signals, containing: - по меньше мере один микрофон, выполненный с возможностью приема акустических сигналов от промышленного объекта;- at least one microphone configured to receive acoustic signals from an industrial facility; - компьютер, выполненный с возможностью формирования файла с принятыми от по меньшей мере одного микрофона акустическими сигналами, валидации и пересылки файла в базу данных;- a computer capable of generating a file with acoustic signals received from at least one microphone, validating and transferring the file to the database; - базу данных, выполненную с возможностью сохранения упомянутых файлов и дополнения их данными о, по меньшей мере, связи акустических сигналов и промышленного объекта, времени, месте, условиях приема акустических сигналов;- a database capable of storing said files and supplementing them with data on at least the connection between acoustic signals and an industrial facility, time, place, conditions for receiving acoustic signals; - модуль определения аномальности файла, выполненный с возможностью принятия решения о нормальной или аномальной работе промышленного объекта на основании заранее заданной обучающей выборки из данных о нормальной работе промышленного объекта;- a module for determining file abnormality, configured to make a decision on the normal or abnormal operation of an industrial facility based on a predetermined training sample from data on the normal operation of an industrial facility; - модуль принятия решения, выполненный с возможностью принимать решение о наличии или отсутствии аномалий на основании дополнительной корректировки в условиях повышенных шумов;- a decision-making module configured to make a decision on the presence or absence of anomalies based on additional correction in conditions of increased noise; - модуль углубленного анализа аномалий, выполненный с возможностью выявления причины аномалий в промышленном объекте на основании акустических сигналов с использованием эвристических зависимостей.- a module for in-depth analysis of anomalies, made with the ability to identify the cause of anomalies in an industrial facility based on acoustic signals using heuristic dependencies. 2. Система по п.1, в которой модуль принятия решения выполнен с дополнительной возможностью учета экспертных заключений при принятии решения.2. The system according to claim 1, in which the decision-making module is made with the additional possibility of taking into account expert opinions when making a decision. 3. Система по п.1, в которой файл с звуковыми файлами содержит данные с частотой дискретизации по меньшей мере 16 кГц.3. The system of claim 1, wherein the audio file contains data with a sampling rate of at least 16 kHz. 4. Система по п.1, в которой компьютер выполнен с дополнительной возможностью фильтрации частотного диапазона вокруг частоты работы промышленного объекта, причем размер частотного диапазона выбирается из условия попадания амплитуд частот N, 2N, 3N, 4N, 5N в диапазон от -5 до +5 Дб от амплитуды основной частоты, где N - частота вращения элемента промышленного объекта.4. The system according to claim 1, in which the computer is made with the additional possibility of filtering the frequency range around the frequency of the industrial facility, and the size of the frequency range is selected from the condition that the amplitudes of frequencies N, 2N, 3N, 4N, 5N fall within the range from -5 to + 5 dB from the amplitude of the fundamental frequency, where N is the frequency of rotation of an element of an industrial facility. 5. Система по п.1, в которой модуль определения аномальности файла выполнен с возможностью использования сверточных нейронных сетей, на вход которых подается MEL спектрограмма.5. The system of claim 1, wherein the file abnormality determination module is configured to use convolutional neural networks, the input of which is a MEL spectrogram. 6. Система по п.1, в которой модуль углубленного анализа аномальностей выполнен с возможностью строить эвристические правила на анализе отношения амплитудных гармонических коэффициентов, определенных на частотно-временном пространстве.6. The system according to claim 1, in which the module for in-depth analysis of anomalies is configured to build heuristic rules based on the analysis of the ratio of amplitude harmonic coefficients determined in the time-frequency space. 7. Система по п.6, в которой модуль углубленного анализа аномалий выполнен с возможностью использовать для анализа те частоты из N, 2N, 3N, 4N, 5N, 6N, 7N, 8N, 9N, 10N, амплитуда которых находится в диапазоне от -3 до +3 Дб от амплитуды основной частоты, где N - частота вращения элемента промышленного объекта.7. The system according to claim 6, in which the module for in-depth analysis of anomalies is configured to use for analysis those frequencies from N, 2N, 3N, 4N, 5N, 6N, 7N, 8N, 9N, 10N, the amplitude of which is in the range from - 3 to +3 dB from the amplitude of the fundamental frequency, where N is the frequency of rotation of an element of an industrial facility. 8. Способ для диагностики промышленного объекта на основе анализа акустических сигналов, содержащий этапы, на которых8. A method for diagnosing an industrial facility based on the analysis of acoustic signals, comprising stages at which - принимают акустические сигналы от промышленного объекта с помощью по меньшей мере одного микрофона;- receive acoustic signals from an industrial facility using at least one microphone; - предварительно обрабатывают акустические сигналы, чтобы определить наличие аномалий в работе промышленного объекта с помощью компьютера на основании обучающей выборки из данных о нормальной работе промышленного объекта;- preliminary processing of acoustic signals in order to determine the presence of anomalies in the operation of an industrial facility using a computer based on a training sample from data on the normal operation of an industrial facility; - с помощью веб-интерфейса корректируют результаты определения аномалий, используя экспертные заключения;- using the web interface, the results of determining anomalies are corrected using expert opinions; - определяют причину аномалии в промышленном объекте на основании эвристических зависимостей с помощью компьютера на основе анализа акустических сигналов, в которых была выявлена аномалия.- determine the cause of the anomaly in an industrial facility on the basis of heuristic dependencies using a computer based on the analysis of acoustic signals in which the anomaly was detected.
RU2020138538A 2020-11-25 2020-11-25 System and method for diagnostics of industrial object based on analysis of acoustic signals RU2749640C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020138538A RU2749640C1 (en) 2020-11-25 2020-11-25 System and method for diagnostics of industrial object based on analysis of acoustic signals

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020138538A RU2749640C1 (en) 2020-11-25 2020-11-25 System and method for diagnostics of industrial object based on analysis of acoustic signals

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2749640C1 true RU2749640C1 (en) 2021-06-16

Family

ID=76377433

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020138538A RU2749640C1 (en) 2020-11-25 2020-11-25 System and method for diagnostics of industrial object based on analysis of acoustic signals

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2749640C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2815985C1 (en) * 2023-04-14 2024-03-25 Общество с ограниченной ответственностью "Микросистема" Power plant equipment fault diagnosis system

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1122641A1 (en) * 1983-08-17 1984-11-07 Институт Математики И Кибернетики Ан Литсср Device for determining properties of random process
US20060283190A1 (en) * 2005-06-16 2006-12-21 Pratt & Whitney Canada Corp. Engine status detection with external microphone
US20120330495A1 (en) * 2011-06-23 2012-12-27 United Technologies Corporation Mfcc and celp to detect turbine engine faults
RU2517264C2 (en) * 2012-08-10 2014-05-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) Method to diagnose technical condition of aviation gas turbine engines
US20150040650A1 (en) * 2012-02-24 2015-02-12 Snecma Device for detecting anomalies in an aircraft turbine engine by acoustic analysis
RU2642963C1 (en) * 2017-04-13 2018-01-29 Публичное акционерное общество "ОДК-Уфимское моторостроительное производственное объединение" (ПАО "ОДК-УМПО") Device for measuring acoustic signal from turbomachine parts

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1122641A1 (en) * 1983-08-17 1984-11-07 Институт Математики И Кибернетики Ан Литсср Device for determining properties of random process
US20060283190A1 (en) * 2005-06-16 2006-12-21 Pratt & Whitney Canada Corp. Engine status detection with external microphone
US20120330495A1 (en) * 2011-06-23 2012-12-27 United Technologies Corporation Mfcc and celp to detect turbine engine faults
US20150040650A1 (en) * 2012-02-24 2015-02-12 Snecma Device for detecting anomalies in an aircraft turbine engine by acoustic analysis
RU2517264C2 (en) * 2012-08-10 2014-05-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) Method to diagnose technical condition of aviation gas turbine engines
RU2642963C1 (en) * 2017-04-13 2018-01-29 Публичное акционерное общество "ОДК-Уфимское моторостроительное производственное объединение" (ПАО "ОДК-УМПО") Device for measuring acoustic signal from turbomachine parts

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2815985C1 (en) * 2023-04-14 2024-03-25 Общество с ограниченной ответственностью "Микросистема" Power plant equipment fault diagnosis system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ayo-Imoru et al. A survey of the state of condition-based maintenance (CBM) in the nuclear power industry
US11885667B2 (en) Systems and methods for monitoring of mechanical and electrical machines
Igba et al. Analysing RMS and peak values of vibration signals for condition monitoring of wind turbine gearboxes
CN109240244B (en) Data-driven equipment running state health degree analysis method and system
CN109033930B (en) Equipment fault diagnosis method based on fault mechanism and statistical model online learning
US20080106424A1 (en) Machine condition indication system
CN113705924B (en) Intelligent diagnosis method and system for thermal control equipment
CN114576152B (en) Water pump state monitoring system, monitoring method and device, electronic equipment and medium
Hayashi et al. Study of machine fault diagnosis system using neural networks
Márquez et al. An overview of wind turbine maintenance management
Leonidovich et al. The development and use of diagnostic systems and estimation of residual life in industrial electrical equipment
KR102545672B1 (en) Method and apparatus for machine fault diagnosis
CN113742932A (en) Method for predicting and diagnosing faults of gearbox of wind turbine generator
CN112711850A (en) Unit online monitoring method based on big data
Khamidov et al. Locomotive asynchronous traction motor rolling bearing fault detection based on current intelligent methods
Yan et al. Online piecewise convex-optimization interpretable weight learning for machine life cycle performance assessment
RU2749640C1 (en) System and method for diagnostics of industrial object based on analysis of acoustic signals
Wang Key techniques in intelligent predictive maintenance (IPdM)–a framework of intelligent faults diagnosis and prognosis system (IFDaPS)
KR102108975B1 (en) Apparatus and method for condition based maintenance support of naval ship equipment
Feng et al. Gas turbine blade fracturing fault diagnosis based on broadband casing vibration
Cao et al. Remaining useful life prediction of wind turbine generator bearing based on EMD with an indicator
Oh et al. Gear reducer fault diagnosis using learning model for spectral density of acoustic signal
JP2022096626A (en) Cloud-based acoustic monitoring, analysis, and diagnosis for power generation system
Liu et al. Machine health monitoring and prognostication via vibration information
Boukra et al. Identifying new prognostic features for remaining useful life prediction