WO2023096185A1 - Method for diagnosing machine failure on basis of deep-learning by using sounds and vibrations, and diagnosis device using same - Google Patents
Method for diagnosing machine failure on basis of deep-learning by using sounds and vibrations, and diagnosis device using same Download PDFInfo
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Definitions
- the present invention intends to propose a method for diagnosing machine failures based on deep learning regardless of the type of data.
- the first to n-th deep learning models may include at least one supervised learning model and at least one unsupervised learning model for classifying the failure state of the machine.
- the first feature to the mth feature include a Mel spectrogram divided by a frequency range in consideration of human hearing, an MFCC that is a coefficient when the Mel spectrogram is regarded as one signal and cosine-transformed, and a signal sign for a unit time Zero crossing rate, which is the number of transitions, spectral Roll-Off, which is the value of f when the energy corresponding to the frequency below f matches a specific ratio of the total energy, spectral centroid, which is the center of gravity or weighted average of the spectrum, and the variance of the spectral distribution It may include at least two of spectral bandwidth, spectral contrast, which is a difference between maximum and minimum energies in a partial spectrum, spectral flatness, which is a flatness of a spectrum, and chromagram, which is a harmonic characteristic of a spectrum.
- the diagnosis device determines the failure of the machine among the 1_1 th failure classification information to the n_m th failure classification information by referring to the probability of answering each of the 1_1 th failure classification information to the n_m th failure classification information. It is possible to select specific failure classification information for , and output the specific failure classification information as the failure diagnosis information.
- the diagnosis apparatus may output the failure diagnosis information by performing a weighted sum of the 1_1 th failure classification information to the n_m th failure classification information.
- the diagnostic apparatus for diagnosing machine failures using sound or vibration based on deep learning instructions for diagnosing machine failures using sound or vibration based on deep learning memory in which they are stored; and a processor configured to perform an operation for diagnosing a failure of a machine using sound or vibration based on the deep learning according to the instructions stored in the memory.
- the present invention can actively cope with unlearned failure types by using sound data or vibration data based on deep learning.
- FIG. 2 is a flow chart schematically showing a method for diagnosing a machine failure using sound or vibration based on deep learning according to an embodiment of the present invention
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Abstract
The present invention pertains to a method for diagnosing machine failure on the basis of deep-learning by using sounds or vibrations. The method comprises the steps in which: (a) when sound data or vibration data detected from a machine is acquired, a diagnosis device inputs the sound data or the vibration data to a feature extraction unit so that the feature extraction unit extracts features 1 to m from the sound data or the vibration data; (b) the diagnosis device inputs features 1 to m to deep-learning models 1 to n so as to cause deep-learning models 1 to n to learn features 1 to m and output failure classification information 1_1 to n_m classifying failure states for features 1 to m; and (c) the diagnosis device outputs failure diagnosis information diagnosing the failure of the machine by ensembling failure classification information 1_1 to n_m.
Description
본 발명은 기계의 고장을 진단하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 딥 러닝 기반으로 음향 및 진동을 이용하여 기계의 고장을 진단하는 방법 및 이를 이용한 진단 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method for diagnosing a failure of a machine, and more particularly, to a method for diagnosing a failure of a machine using sound and vibration based on deep learning and a diagnostic device using the same.
일반적으로 산업 현장에서 연속적으로 운전되어야 하는 기계 설비는 설비 라인 전체에 치명적인 손상을 주는 돌발 고장과, 예기치 못한 고장으로 설비 라인이 중지될 수 있으며, 이로 인한 생산량 감소 등을 미연에 방지하고자 기계의 고장을 미리 예측하는 방법이 연구 개발되고 있다.In general, mechanical facilities that must be operated continuously in industrial sites can stop equipment lines due to sudden failures that cause fatal damage to the entire equipment line and unexpected failures, and machine failures to prevent the resulting decrease in production. Methods for predicting in advance are being researched and developed.
현재 사용되고 있는 고장 예측 방법은 기계의 이상 상태를 감지하고, 이때 나타나는 결함을 검출하여 기계 또는 기계 부품의 상태를 판정하여 고장 여부를 예측하는 방식을 사용하고 있다.A currently used failure prediction method detects an abnormal state of a machine, detects a defect that appears at this time, determines the state of a machine or a mechanical part, and predicts whether or not a failure occurs.
한편, 최근에는 딥 러닝 네트워크의 발전으로 인하여 기계의 고장 상태를 딥 러닝 네트워크를 이용하여 진단하고자 하는 방법에 제안되고 있다.On the other hand, due to the recent development of deep learning networks, a method for diagnosing a failure state of a machine using a deep learning network has been proposed.
하지만, 고장 상태에 따른 기계별, 공정별 데이터의 특성이 모두 다르기 때문에, 효과적으로 기계의 고장을 진단하기 위해서는 각각의 데이터의 특성이 반영된 개별 진단 알고리즘이 필요하다. 그러나, 개별 진단 알고리즘을 구축하는 데에는 많은 시간과 비용이 요구되며, 구축된 진단 알고리즘은 해당 데이터에만 적용되므로 효율성이 떨어지는 문제가 있다.However, since the characteristics of data for each machine and each process are different according to the failure state, an individual diagnosis algorithm reflecting the characteristics of each data is required to effectively diagnose the failure of the machine. However, it takes a lot of time and money to build individual diagnostic algorithms, and since the built diagnostic algorithm is applied only to the corresponding data, there is a problem of low efficiency.
또한, 각각의 데이터 특성이 반영된 개별 진단 알고리즘을 사용할 경우에는, 학습된 고장 유형 이외의 다른 고장 유형에 대해서는 정확히 판별할 수 없는 문제점이 있다.In addition, when using an individual diagnosis algorithm in which each data characteristic is reflected, there is a problem in that failure types other than the learned failure types cannot be accurately determined.
따라서, 본 발명은 데이터의 유형에 관계없이 딥 러닝 기반으로 기계의 고장을 진단할 수 있도록 하는 방법을 제안하고자 한다.Therefore, the present invention intends to propose a method for diagnosing machine failures based on deep learning regardless of the type of data.
본 발명은 상술한 문제점들을 모두 해결하는 것을 그 목적으로 한다.The present invention has as its object to solve all the problems mentioned above.
또한, 본 발명은 입력되는 데이터의 유형에 관계없이 딥 러닝 기반으로 기계의 고장을 진단할 수 있도록 하는 것을 다른 목적으로 한다.Another object of the present invention is to diagnose machine failures based on deep learning regardless of the type of input data.
또한, 본 발명은 딥 러닝 기반으로 음향 데이터 또는 진동 데이터를 이용하여 기계의 고장을 정확하게 진단할 수 있도록 하는 것을 또 다른 목적으로 한다.In addition, another object of the present invention is to accurately diagnose a failure of a machine using sound data or vibration data based on deep learning.
또한, 본 발명은 딥 러닝 기반으로 음향 데이터 또는 진동 데이터를 이용하여 학습되지 않은 고장 유형에 대해서도 능동적으로 대처할 수 있도록 하는 것을 또 다른 목적으로 한다.In addition, another object of the present invention is to actively cope with unlearned failure types by using sound data or vibration data based on deep learning.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 딥 러닝 기반으로 음향 또는 진동을 이용하여 기계의 고장을 진단하는 방법에 있어서, (a) 기계로부터 검출된 음향 데이터 또는 진동 데이터가 획득되면, 진단 장치가, 상기 음향 데이터 또는 상기 진동 데이터를 피처 추출부로 입력하여 상기 피처 추출부로 하여금 상기 음향 데이터 또는 상기 진동 데이터로부터 제1 피처 내지 제m 피처를 추출하도록 하는 단계; (b) 상기 진단 장치가, 상기 제1 피처 내지 상기 제m 피처를 제1 딥 러닝 모델 내지 제n 딥 러닝 모델로 입력하여 상기 제1 딥 러닝 모델 내지 상기 제n 딥 러닝 모델로 하여금 상기 제1 피처 내지 상기 제m 피처를 러닝 연산하여 상기 제1 피처 내지 상기 제m 피처에 대한 고장 상태를 분류한 제1_1 고장 분류 정보 내지 제n_m 고장 분류 정보를 출력하도록 하는 단계; 및 (c) 상기 진단 장치가, 상기 제1_1 고장 분류 정보 내지 상기 제n_m 고장 분류 정보를 앙상블하여 상기 기계에 대한 고장을 진단한 고장 진단 정보를 출력하는 단계; 를 포함하는 방법이 제공된다.According to one embodiment of the present invention for achieving the above object, in a method for diagnosing a failure of a machine using sound or vibration based on deep learning, (a) when sound data or vibration data detected from a machine are obtained , inputting the sound data or the vibration data to a feature extraction unit, and causing the feature extraction unit to extract first to m-th features from the sound data or the vibration data; (b) the diagnosis device inputs the first feature to the m-th feature as a first deep learning model to an n-th deep learning model, and causes the first to n-th deep learning models to perform the first performing a running operation on features to the m-th feature to output 1_1 th failure classification information to n_m th failure classification information obtained by classifying failure states for the first feature to the m-th feature; and (c) outputting, by the diagnostic device, failure diagnosis information for diagnosing a failure of the machine by ensembling the 1st to 1st failure classification information to the n_mth failure classification information; A method including is provided.
상기 (b) 단계에서, 상기 진단 장치는, 상기 제1 피처 내지 상기 제m 피처를 컨캐이터네이트하여 상기 제1 피처 내지 상기 제m 피처 각각을 각각의 채널로 하는 m 채널 피처맵을 생성하며, 상기 m 채널 피처맵을 상기 제1 딥 러닝 모델 내지 상기 제n 딥 러닝 모델로 입력할 수 있다.In the step (b), the diagnosis device concatenates the first feature to the m-th feature to generate an m-channel feature map having each of the first feature to the m-th feature as a channel; The m-channel feature maps may be input to the first to n-th deep learning models.
상기 제1 딥 러닝 모델 내지 상기 제n 딥 러닝 모델은, 상기 기계의 고장 상태를 분류하기 위한 적어도 하나의 지도 학습 모델과 적어도 하나의 비지도 학습 모델을 포함할 수 있다.The first to n-th deep learning models may include at least one supervised learning model and at least one unsupervised learning model for classifying the failure state of the machine.
상기 진단 장치는, 상기 고장 진단 정보를 이용하여 상기 비지도 학습 모델의 학습 파라미터를 업데이트할 수 있다.The diagnosis device may update a learning parameter of the unsupervised learning model using the failure diagnosis information.
상기 음향 데이터 또는 상기 진동 데이터는 상기 기계에서 발생된 음향 또는 진동을 기설정된 시간 단위로 샘플링하여 생성한 것이며, 샘플의 길이가 상기 기설정된 시간 단위보다 길 경우에는 앞 부분의 기설정된 시간 단위의 데이터만 샘플링하고, 상기 샘플의 길이가 상기 기설정된 시간 단위보다 짧을 경우에는 뒷 부분에 제로 패딩을 추가할 수 있다.The sound data or the vibration data is generated by sampling the sound or vibration generated by the machine in a predetermined time unit, and when the length of the sample is longer than the predetermined time unit, the data in the previous predetermined time unit Only sampling is performed, and when the length of the sample is shorter than the predetermined time unit, zero padding may be added to the rear part.
상기 제1 피처 내지 상기 제m 피처는, 인간의 청력을 고려하여 주파수 범위를 나눈 Mel spectrogram, 상기 Mel spectrogram을 하나의 신호로 간주하고 코사인 변환했을 때의 계수인 MFCC, 단위 시간 동안 신호의 부호가 바뀌는 횟수인 zero crossing rate, f 이하의 주파수에 해당하는 에너지가 전체 에너지의 특정 비율과 일치할 때의 f의 값인 spectral Roll-Off, 스펙트럼의 무게 중심 또는 가중 평균인 spectral centroid, 스펙트럼 분포의 분산인 spectral bandwidth, 부분 스펙트럼에서 최대/최소 에너지의 차이인 spectral contrast, 스펙트럼의 평탄도인 spectral flatness, 스펙트럼의 하모닉 특징인 chromagram 중 적어도 두 개 이상을 포함할 수 있다.The first feature to the mth feature include a Mel spectrogram divided by a frequency range in consideration of human hearing, an MFCC that is a coefficient when the Mel spectrogram is regarded as one signal and cosine-transformed, and a signal sign for a unit time Zero crossing rate, which is the number of transitions, spectral Roll-Off, which is the value of f when the energy corresponding to the frequency below f matches a specific ratio of the total energy, spectral centroid, which is the center of gravity or weighted average of the spectrum, and the variance of the spectral distribution It may include at least two of spectral bandwidth, spectral contrast, which is a difference between maximum and minimum energies in a partial spectrum, spectral flatness, which is a flatness of a spectrum, and chromagram, which is a harmonic characteristic of a spectrum.
상기 (c) 단계에서, 상기 진단 장치는, 상기 제1_1 고장 분류 정보 내지 상기 제n_m 고장 분류 정보를 고장 여부를 판단하는 디스크리미네터에 입력하여 상기 제1_1 고장 분류 정보 내지 상기 제n_m 고장 분류 정보 각각에 대한 고장 여부를 판단한 판별 정보들을 출력하도록 하며, 상기 제1_1 고장 분류 정보 내지 상기 제n_m 고장 분류 정보와 상기 판별 정보들을 모델 평가부에 입력하여 상기 모델 평가부로 하여금 상기 제1_1 고장 분류 정보 내지 상기 제n_m 고장 분류 정보를 앙상블하여 상기 기계에 대한 고장을 진단한 상기 고장 진단 정보를 출력하도록 할 수 있다.In the step (c), the diagnosis apparatus inputs the 1_1-th failure classification information to the n_m-th failure classification information to a discriminator for determining whether a failure exists, and the 1_1-th failure classification information to the n_m-th failure classification information Determination information for each failure is output, and the 1_1-th failure classification information to the n_m-th failure classification information and the determination information are input to the model evaluation unit so that the model evaluation unit can perform the 1_1 failure classification information through to the n_m-th failure classification information. The failure diagnosis information, which diagnoses the failure of the machine by ensembling the n_m-th failure classification information, may be output.
상기 (c) 단계에서, 상기 진단 장치는, 상기 제1_1 고장 분류 정보 내지 상기 제n_m 고장 분류 정보 각각의 정답 확률값을 참조하여 상기 제1_1 고장 분류 정보 내지 상기 제n_m 고장 분류 정보 중 상기 기계의 고장에 대한 특정 고장 분류 정보를 선택하고, 상기 특정 고장 분류 정보를 상기 고장 진단 정보로 출력할 수 있다.In the step (c), the diagnosis device determines the failure of the machine among the 1_1 th failure classification information to the n_m th failure classification information by referring to the probability of answering each of the 1_1 th failure classification information to the n_m th failure classification information. It is possible to select specific failure classification information for , and output the specific failure classification information as the failure diagnosis information.
상기 (c) 단계에서, 상기 진단 장치는, 상기 제1_1 고장 분류 정보 내지 상기 제n_m 고장 분류 정보를 가중합하여 상기 고장 진단 정보를 출력할 수 있다.In the step (c), the diagnosis apparatus may output the failure diagnosis information by performing a weighted sum of the 1_1 th failure classification information to the n_m th failure classification information.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 딥 러닝 기반으로 음향 또는 진동을 이용하여 기계의 고장을 진단하는 진단 장치에 있어서, 딥 러닝 기반으로 음향 또는 진동을 이용하여 기계의 고장을 진단하기 위한 인스트럭션들이 저장된 메모리; 및 상기 메모리에 저장된 상기 인스트럭션들에 따라 상기 딥 러닝 기반으로 음향 또는 진동을 이용하여 기계의 고장을 진단하기 위한 동작을 수행하는 프로세서; 를 포함하며, 상기 프로세서는, (i) 기계로부터 검출된 음향 데이터 또는 진동 데이터가 획득되면, 상기 음향 데이터 또는 상기 진동 데이터를 피처 추출부로 입력하여 상기 피처 추출부로 하여금 상기 음향 데이터 또는 상기 진동 데이터로부터 제1 피처 내지 제m 피처를 추출하도록 하는 프로세스, (ii) 상기 제1 피처 내지 상기 제m 피처를 제1 딥 러닝 모델 내지 제n 딥 러닝 모델로 입력하여 상기 제1 딥 러닝 모델 내지 상기 제n 딥 러닝 모델로 하여금 상기 제1 피처 내지 상기 제m 피처를 러닝 연산하여 상기 제1 피처 내지 상기 제m 피처에 대한 고장 상태를 분류한 제1_1 고장 분류 정보 내지 제n_m 고장 분류 정보를 출력하도록 하는 프로세스, 및 (iii) 상기 제1_1 고장 분류 정보 내지 상기 제n_m 고장 분류 정보를 앙상블하여 상기 기계에 대한 고장을 진단한 고장 진단 정보를 출력하는 프로세스를 수행하는 진단 장치가 제공된다.In addition, according to an embodiment of the present invention, in the diagnostic apparatus for diagnosing machine failures using sound or vibration based on deep learning, instructions for diagnosing machine failures using sound or vibration based on deep learning memory in which they are stored; and a processor configured to perform an operation for diagnosing a failure of a machine using sound or vibration based on the deep learning according to the instructions stored in the memory. The processor includes: (i) when the sound data or vibration data detected from the machine is obtained, inputs the sound data or the vibration data to a feature extractor so that the feature extractor can obtain the sound data or the vibration data A process of extracting first to m-th features, (ii) inputting the first to m-th features to a first to n-th deep learning model to extract the first to n-th deep learning models; A process of causing a deep learning model to perform a running operation on the first feature to the m-th feature and output 1_1 th failure classification information to n_m th failure classification information obtained by classifying failure states for the first feature to m th feature. , and (iii) outputting fault diagnosis information for diagnosing a fault of the machine by ensembling the 1_1th fault classification information to the n_m-th fault classification information.
상기 프로세서는, 상기 (ii) 프로세스에서, 상기 제1 피처 내지 상기 제m 피처를 컨캐이터네이트하여 상기 제1 피처 내지 상기 제m 피처 각각을 각각의 채널로 하는 m 채널 피처맵을 생성하며, 상기 m 채널 피처맵을 상기 제1 딥 러닝 모델 내지 상기 제n 딥 러닝 모델로 입력할 수 있다.The processor, in the process (ii), concatenates the first feature to the m-th feature to generate an m-channel feature map having each of the first feature to the m-th feature as a channel, An m-channel feature map may be input to the first to n-th deep learning models.
상기 제1 딥 러닝 모델 내지 상기 제n 딥 러닝 모델은, 상기 기계의 고장 상태를 분류하기 위한 적어도 하나의 지도 학습 모델과 적어도 하나의 비지도 학습 모델을 포함할 수 있다.The first to n-th deep learning models may include at least one supervised learning model and at least one unsupervised learning model for classifying the failure state of the machine.
상기 프로세서는, 상기 고장 진단 정보를 이용하여 상기 비지도 학습 모델의 학습 파라미터를 업데이트할 수 있다.The processor may update learning parameters of the unsupervised learning model using the failure diagnosis information.
상기 음향 데이터 또는 상기 진동 데이터는 상기 기계에서 발생된 음향 또는 진동을 기설정된 시간 단위로 샘플링하여 생성한 것이며, 샘플의 길이가 상기 기설정된 시간 단위보다 길 경우에는 앞 부분의 기설정된 시간 단위의 데이터만 샘플링하고, 상기 샘플의 길이가 상기 기설정된 시간 단위보다 짧을 경우에는 뒷 부분에 제로 패딩을 추가할 수 있다.The sound data or the vibration data is generated by sampling the sound or vibration generated by the machine in a predetermined time unit, and when the length of the sample is longer than the predetermined time unit, the data in the previous predetermined time unit Only sampling is performed, and when the length of the sample is shorter than the predetermined time unit, zero padding may be added to the rear part.
상기 제1 피처 내지 상기 제m 피처는, 인간의 청력을 고려하여 주파수 범위를 나눈 Mel spectrogram, 상기 Mel spectrogram을 하나의 신호로 간주하고 코사인 변환했을 때의 계수인 MFCC, 단위 시간 동안 신호의 부호가 바뀌는 횟수인 zero crossing rate, f 이하의 주파수에 해당하는 에너지가 전체 에너지의 특정 비율과 일치할 때의 f의 값인 spectral Roll-Off, 스펙트럼의 무게 중심 또는 가중 평균인 spectral centroid, 스펙트럼 분포의 분산인 spectral bandwidth, 부분 스펙트럼에서 최대/최소 에너지의 차이인 spectral contrast, 스펙트럼의 평탄도인 spectral flatness, 스펙트럼의 하모닉 특징인 chromagram 중 적어도 두 개 이상을 포함할 수 있다.The first feature to the mth feature include a Mel spectrogram divided by a frequency range in consideration of human hearing, an MFCC that is a coefficient when the Mel spectrogram is regarded as one signal and cosine-transformed, and a signal sign for a unit time Zero crossing rate, which is the number of transitions, spectral Roll-Off, which is the value of f when the energy corresponding to the frequency below f matches a specific ratio of the total energy, spectral centroid, which is the center of gravity or weighted average of the spectrum, and the variance of the spectral distribution It may include at least two of spectral bandwidth, spectral contrast, which is a difference between maximum and minimum energies in a partial spectrum, spectral flatness, which is a flatness of a spectrum, and chromagram, which is a harmonic characteristic of a spectrum.
상기 프로세서는, 상기 (iii) 프로세스에서, 상기 제1_1 고장 분류 정보 내지 상기 제n_m 고장 분류 정보를 고장 여부를 판단하는 디스크리미네터에 입력하여 상기 제1_1 고장 분류 정보 내지 상기 제n_m 고장 분류 정보 각각에 대한 고장 여부를 판단한 판별 정보들을 출력하도록 하며, 상기 제1_1 고장 분류 정보 내지 상기 제n_m 고장 분류 정보와 상기 판별 정보들을 모델 평가부에 입력하여 상기 모델 평가부로 하여금 상기 제1_1 고장 분류 정보 내지 상기 제n_m 고장 분류 정보를 앙상블하여 상기 기계에 대한 고장을 진단한 상기 고장 진단 정보를 출력하도록 할 수 있다.In the (iii) process, the processor inputs the 1_1 th failure classification information to the n_m th failure classification information to a discriminator for determining whether a failure exists, and the 1_1 th failure classification information to the n_m th failure classification information, respectively. outputs determination information for determining whether there is a failure, and inputs the 1_1th failure classification information to the n_m-th failure classification information and the determination information to the model evaluation unit so that the model evaluation unit can perform the 1_1 failure classification information to the above The failure diagnosis information in which the failure of the machine is diagnosed by ensembling the n_m-th failure classification information may be output.
상기 프로세서는, 상기 (iii) 프로세스에서, 상기 제1_1 고장 분류 정보 내지 상기 제n_m 고장 분류 정보 각각의 정답 확률값을 참조하여 상기 제1_1 고장 분류 정보 내지 상기 제n_m 고장 분류 정보 중 상기 기계의 고장에 대한 특정 고장 분류 정보를 선택하고, 상기 특정 고장 분류 정보를 상기 고장 진단 정보로 출력할 수 있다.In the (iii) process, the processor determines the failure of the machine among the 1_1 th failure classification information to the n_m th failure classification information by referring to a probability value of an answer of each of the 1_1 th failure classification information to the n_m th failure classification information. Specific failure classification information may be selected and the specific failure classification information may be output as the failure diagnosis information.
상기 프로세서는, 상기 (iii) 프로세스에서, 상기 제1_1 고장 분류 정보 내지 상기 제n_m 고장 분류 정보를 가중합하여 상기 고장 진단 정보를 출력할 수 있다.In the process (iii), the processor may output the failure diagnosis information by performing a weighted sum of the 1_1 th failure classification information to the n_m th failure classification information.
이 외에도, 본 발명의 방법을 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램을 기록하기 위한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체가 더 제공된다.In addition to this, a computer readable recording medium for recording a computer program for executing the method of the present invention is further provided.
본 발명에 의하면, 다음과 같은 효과가 있다.According to the present invention, there are the following effects.
본 발명은 입력되는 데이터의 유형에 관계없이 딥 러닝 기반으로 기계의 고장을 진단할 수 있게 된다.The present invention makes it possible to diagnose machine failures based on deep learning regardless of the type of input data.
본 발명은 딥 러닝 기반으로 음향 데이터 또는 진동 데이터를 이용하여 기계의 고장을 정확하게 진단할 수 있게 된다.According to the present invention, machine failure can be accurately diagnosed using sound data or vibration data based on deep learning.
본 발명은 딥 러닝 기반으로 음향 데이터 또는 진동 데이터를 이용하여 학습되지 않은 고장 유형에 대해서도 능동적으로 대처할 수 있게 된다.The present invention can actively cope with unlearned failure types by using sound data or vibration data based on deep learning.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 딥 러닝 기반으로 음향 또는 진동을 이용하여 기계의 고장을 진단하는 진단 장치를 개략적으로 도시한 것이고,1 schematically illustrates a diagnostic device for diagnosing a failure of a machine using sound or vibration based on deep learning according to an embodiment of the present invention;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 딥 러닝 기반으로 음향 또는 진동을 이용하여 기계의 고장을 진단하는 방법을 개략적으로 도시한 플로루챠트이고,2 is a flow chart schematically showing a method for diagnosing a machine failure using sound or vibration based on deep learning according to an embodiment of the present invention;
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 딥 러닝 기반으로 음향 또는 진동을 이용하여 기계의 고장을 진단하는 방법을 개략적으로 도시한 블록 구성도이고,3 is a block diagram schematically showing a method for diagnosing a machine failure using sound or vibration based on deep learning according to an embodiment of the present invention;
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 딥 러닝 기반으로 음향 및 진동을 이용하여 기계의 고장을 진단하는 방법에 음향 데이터 또는 진동 데이터에서 추출된 피처들을 개략적으로 도시한 것이다.4 schematically illustrates features extracted from sound data or vibration data in a method for diagnosing machine failure using sound and vibration based on deep learning according to an embodiment of the present invention.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The detailed description of the present invention which follows refers to the accompanying drawings which illustrate, by way of illustration, specific embodiments in which the present invention may be practiced. These embodiments are described in sufficient detail to enable one skilled in the art to practice the present invention. It should be understood that the various embodiments of the present invention are different from each other but are not necessarily mutually exclusive. For example, specific shapes, structures, and characteristics described herein may be implemented in one embodiment in another embodiment without departing from the spirit and scope of the invention. Additionally, it should be understood that the location or arrangement of individual components within each disclosed embodiment may be changed without departing from the spirit and scope of the invention. Accordingly, the detailed description set forth below is not to be taken in a limiting sense, and the scope of the present invention, if properly described, is limited only by the appended claims, along with all equivalents as claimed by those claims. Like reference numbers in the drawings indicate the same or similar function throughout the various aspects.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily practice the present invention.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 딥 러닝 기반으로 음향 또는 진동을 이용하여 기계의 고장을 진단하는 진단 장치를 개략적으로 도시한 것이다.1 schematically illustrates a diagnosis apparatus for diagnosing a failure of a machine using sound or vibration based on deep learning according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 진단 장치(1000)는 딥 러닝 기반으로 음향 또는 진동을 이용하여 기계의 고장을 진단하기 위한 인스트럭션들이 저장된 메모리(1001)와 메모리(1001)에 저장된 인스트럭션들에 따라 딥 러닝 기반으로 음향 또는 진동을 이용하여 기계의 고장을 진단하기 위한 동작을 수행하는 프로세서(1002)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1 , a diagnosis apparatus 1000 according to an embodiment of the present invention includes a memory 1001 in which instructions for diagnosing machine failures based on deep learning using sound or vibration are stored, and the memory 1001 It may include a processor 1002 that performs an operation for diagnosing a failure of a machine using sound or vibration based on deep learning according to stored instructions.
구체적으로, 진단 장치(1000)는 전형적으로 컴퓨팅 장치(예컨대, 컴퓨터 프로세서, 메모리, 스토리지, 입력 장치 및 출력 장치, 기타 기존의 컴퓨팅 장치의 구성요소들을 포함할 수 있는 장치; 라우터, 스위치 등과 같은 전자 통신 장치; 네트워크 부착 스토리지(NAS) 및 스토리지 영역 네트워크(SAN)와 같은 전자 정보 스토리지 시스템)와 컴퓨터 소프트웨어(즉, 컴퓨팅 장치로 하여금 특정의 방식으로 가능하게 하는 인스트럭션들)의 조합을 이용하여 원하는 시스템 성능을 달성하는 것일 수 있다.Specifically, diagnostic device 1000 is typically a computing device (e.g., a device that may include computer processors, memory, storage, input and output devices, and other components of conventional computing devices; electronic devices such as routers, switches, and the like). A desired system using a combination of communication devices; electronic information storage systems such as network attached storage (NAS) and storage area networks (SAN)) and computer software (ie, instructions that enable a computing device in a particular way) It may be to achieve performance.
또한, 컴퓨팅 장치의 프로세서는 MPU(Micro Processing Unit) 또는 CPU(Central Processing Unit), 캐쉬 메모리(Cache Memory), 데이터 버스(Data Bus) 등의 하드웨어 구성을 포함할 수 있다. 또한, 컴퓨팅 장치는 운영체제, 특정 목적을 수행하는 애플리케이션의 소프트웨어 구성을 더 포함할 수도 있다.In addition, the processor of the computing device may include hardware components such as a micro processing unit (MPU) or a central processing unit (CPU), a cache memory, and a data bus. In addition, the computing device may further include an operating system and a software component of an application performing a specific purpose.
그러나, 컴퓨팅 장치가 본 발명을 실시하기 위한 미디엄, 프로세서 및 메모리가 통합된 형태인 integrated 프로세서를 포함하는 경우를 배제하는 것은 아니다.However, it is not excluded that the computing device includes an integrated processor in which a medium for implementing the present invention, a processor, and a memory are integrated.
한편, 진단 장치(1000)의 프로세서(1002)는 기계로부터 검출된 음향 데이터 또는 진동 데이터가 획득되면, 메모리(1001)에 저장된 인스트럭션들에 따라 음향 데이터 또는 진동 데이터를 피처 추출부로 입력하여 피처 추출부로 하여금 음향 데이터 또는 진동 데이터로부터 제1 피처 내지 제m 피처를 추출하도록 하며, 제1 피처 내지 제m 피처를 제1 딥 러닝 모델 내지 제n 딥 러닝 모델로 입력하여 제1 딥 러닝 모델 내지 제n 딥 러닝 모델로 하여금 제1 피처 내지 제m 피처를 러닝 연산하여 제1 피처 내지 제m 피처에 대한 고장 상태를 분류한 제1_1 고장 분류 정보 내지 제n_m 고장 분류 정보를 출력하도록 하고, 제1_1 고장 분류 정보 내지 제n_m 고장 분류 정보를 앙상블하여 기계에 대한 고장을 진단한 고장 진단 정보를 출력할 수 있다.Meanwhile, when the sound data or vibration data detected from the machine is obtained, the processor 1002 of the diagnosis apparatus 1000 inputs the sound data or vibration data to the feature extraction unit according to instructions stored in the memory 1001 to the feature extraction unit. extracts first to m-th features from the acoustic data or vibration data, and inputs the first to m-th features to the first to n-th deep learning models to obtain the first to n-th deep learning models; The running model performs a running operation on the first to m-th features and outputs 1_1-th failure classification information to n_m-th failure classification information in which failure states for the first to m-th features are classified, and 1_1 failure classification information It is possible to output fault diagnosis information in which faults of the machine are diagnosed by ensembling the through n_m-th fault classification information.
이와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 진단 장치(1000)를 이용하여 딥 러닝 기반으로 음향 또는 진동을 이용하여 기계의 고장을 진단하는 방법을 도 2 내지 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.A method of diagnosing a machine failure using sound or vibration based on deep learning using the diagnostic device 1000 according to an embodiment of the present invention configured as described above will be described with reference to FIGS. 2 and 3 as follows. .
먼저, 기계로부터 검출된 음향 데이터 또는 진동 데이터가 획득되면, 진단 장치(1000)가, 음향 데이터 또는 진동 데이터를 피처 추출부(100)로 입력하여 피처 추출부(100)로 하여금 음향 데이터 또는 진동 데이터로부터 제1 피처 내지 제m 피처를 추출(S10)하도록 할 수 있다. m은 2 이상의 정수일 수 있다.First, when sound data or vibration data detected from a machine is acquired, the diagnosis apparatus 1000 inputs the sound data or vibration data to the feature extractor 100 so that the feature extractor 100 can obtain the sound data or vibration data. The first to mth features may be extracted from (S10). m may be an integer of 2 or greater.
이때, 음향 데이터 또는 진동 데이터는 기계에서 발생된 음향 또는 진동을 기설정된 시간 단위로 샘플링하여 생성한 것일 수 있다.In this case, the sound data or vibration data may be generated by sampling the sound or vibration generated by the machine in a predetermined unit of time.
그리고, 음향 데이터 또는 진동 데이터는 기계에서 발생된 음향 또는 진동에 대한 스펙트럼일 수 있으며, 기계에 설치된 센서로부터 직접적으로 획득하여 샘플링하거나, 타 장비에 의해 센서로부터 센싱된 데이터를 샘플링한 데이터를 획득할 수 있다.In addition, the sound data or vibration data may be a spectrum of sound or vibration generated in the machine, directly acquired and sampled from a sensor installed in the machine, or obtained by sampling data sensed from the sensor by other equipment. can
한편, 기계로부터 획득된 음향 데이터 또는 진동 데이터의 샘플의 길이가 기설정된 시간 단위보다 길 경우에는 앞 부분의 기설정된 시간 단위의 데이터만 샘플링하며, 샘플의 길이가 기설정된 시간 단위보다 짧을 경우에는 뒷 부분에 제로 패딩을 추가할 수 있다.On the other hand, if the length of the sample of sound data or vibration data obtained from the machine is longer than the preset time unit, only the data of the preset time unit of the front portion is sampled, and if the length of the sample is shorter than the preset time unit, the second portion is sampled. You can add zero padding to the part.
또한, 진단 장치(1000)는 기계의 고장과 관련한 다양한 고장 유형을 검출하기 위하여, 피처 추출부(100)를 통해 음향 데이터 또는 진동 데이터로부터 다양한 유형의 피처, 즉, 제1 피처 내지 제m 피처를 추출할 수 있다.In addition, the diagnosis apparatus 1000 selects various types of features, that is, first to mth features, from sound data or vibration data through the feature extractor 100 in order to detect various failure types related to machine failures. can be extracted.
일 예로, 도 4를 참조하면, 제1 피처 내지 제m 피처는, 음향 데이터 또는 진동 데이터인 하나의 데이터로부터 추출한 서로 다른 유형의 피처들일 수 있으며, 도 4의 (a)에서와 같이 인간의 청력을 고려하여 주파수 범위를 나눈 Mel spectrogram에 대응되는 피처, 도 4의 (b)에서와 같이 Mel spectrogram을 하나의 신호로 간주하고 코사인 변환했을 때의 계수인 MFCC에 대응되는 피처, 도 4의 (c)에서와 같이 단위 시간 동안 신호의 부호가 바뀌는 횟수인 zero crossing rate에 대응되는 피처, 도 4의 (d)에서의 같이 f 이하의 주파수에 해당하는 에너지가 전체 에너지의 특정 비율과 일치할 때의 f의 값인 spectral Roll-Off에 대응되는 피처, 도 4의 (e)에서와 같이 스펙트럼의 무게 중심 또는 가중 평균인 spectral centroid에 대응되는 피처, 도 4의 (f)에서와 같이 스펙트럼 분포의 분산인 spectral bandwidth에 대응되는 피처, 도 4의 (g)에서와 같이 부분 스펙트럼에서 최대/최소 에너지의 차이인 spectral contrast에 대응되는 피처, 도 4의 (h)에서와 같이 스펙트럼의 평탄도인 spectral flatness에 대응되는 피처, 도 4의 (i)에서와 같이 스펙트럼의 하모닉 특징인 chromagram에 대응되는 피처 중 적어도 두 개의 피처를 포함할 수 있다.For example, referring to FIG. 4 , the first to mth features may be features of different types extracted from one piece of data, such as acoustic data or vibration data, and, as shown in FIG. A feature corresponding to the Mel spectrogram obtained by dividing the frequency range in consideration of , a feature corresponding to MFCC, which is a coefficient when the Mel spectrogram is considered as one signal and cosine-transformed as shown in (b) of FIG. As in ), the feature corresponding to the zero crossing rate, which is the number of times the sign of the signal changes during unit time, as in FIG. A feature corresponding to spectral roll-off, which is the value of f, a feature corresponding to the spectral centroid, which is the center of gravity of the spectrum or a weighted average, as shown in (e) of FIG. A feature corresponding to spectral bandwidth, a feature corresponding to spectral contrast, which is the difference between maximum and minimum energy in a partial spectrum, as shown in FIG. 4 (g), and spectral flatness, which is the flatness of the spectrum, Corresponding features, as shown in (i) of FIG. 4 , may include at least two features among features corresponding to chromagrams, which are harmonic characteristics of a spectrum.
다음으로, 진단 장치(1000)는 제1 피처 내지 제m 피처를 제1 딥 러닝 모델 내지 제n 딥 러닝 모델로 입력하여 제1 딥 러닝 모델 내지 제n 딥 러닝 모델로 하여금 제1 피처 내지 제m 피처를 러닝 연산하여 제1 피처 내지 제m 피처에 대한 고장 상태를 분류한 제1_1 고장 분류 정보 내지 제n_m 고장 분류 정보를 출력(S20)하도록 할 수 있다. n은 2 이상의 정수일 수 있다.Next, the diagnosis apparatus 1000 inputs the first to m-th features to the first to n-th deep learning models, and causes the first to n-th deep learning models to output the first to m-th features. Fault classification information 1_1th to n_mth failure classification information obtained by classifying the failure states of the first to mth features by running the features may be output ( S20 ). n may be an integer of 2 or greater.
이때, 제1 딥 러닝 모델 내지 제n 딥 러닝 모델은, 기계의 고장 상태를 분류하기 위한 적어도 하나의 지도 학습 모델과 적어도 하나의 비지도 학습 모델을 포함할 수 있다. 또한, 제1 딥 러닝 모델 내지 제n 딥 러닝 모델은, 기계의 고장 상태를 분류하기 위한 적어도 하나의 강화 학습(reinforcement learning) 모델을 포함할 수 있다.In this case, the first to n-th deep learning models may include at least one supervised learning model and at least one unsupervised learning model for classifying the failure state of the machine. Also, the first to n-th deep learning models may include at least one reinforcement learning model for classifying the failure state of the machine.
그리고, 지도 학습 모델은 KNN(K-Nearest Nejghbor), Native Bayes, Support Vector, Machine Decision, CNN(Convolutional Neural Network), RNN(Recurrent Neural Network), CRNN(Convolutional Recurrent Neural Network), AutoEncoder 등의 클래시파케이션 모델과, Linear Regression, Locally Weighted Linear, Ridge, Lasso 등의 regression 모델을 포함할 수 있으며, 비지도 학습 모델은 Clustering, K-Means, Density Estimation, Exception Maximization, Pazen Window, DBSCAN, LSTM(Long-Short Term Memory) AutoEncoder 등을 포함할 수 있다. 하지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 피처를 분류하여 기계의 고장을 진단하는 다양한 모델을 포함할 수 있다.In addition, supervised learning models include KNN (K-Nearest Nejghbor), Native Bayes, Support Vector, Machine Decision, Convolutional Neural Network (CNN), Recurrent Neural Network (RNN), Convolutional Recurrent Neural Network (CRNN), and AutoEncoder. It can include application models and regression models such as Linear Regression, Locally Weighted Linear, Ridge, and Lasso. Unsupervised learning models include Clustering, K-Means, Density Estimation, Exception Maximization, Pazen Window, DBSCAN, and LSTM (Long- Short Term Memory) AutoEncoder and the like. However, the present invention is limited to this may include various models for diagnosing machine failures by classifying features.
한편, 진단 장치(1000)는 제1 피처를 제1 딥 러닝 모델 내지 제n 딥 러닝 모델 각각에 입력하여 제1 딥 러닝 모델 내지 제n 딥 러닝 모델 각각이 제1 피처를 러닝 러닝 연산하여 제1_1 고장 분류 정보 내지 제n_1 고장 분류 정보를 출력하도록 하고, 제2 피처를 제1 딥 러닝 모델 내지 제n 딥 러닝 모델 각각에 입력하여 제1 딥 러닝 모델 내지 제n 딥 러닝 모델 각각이 제2 피처를 러닝 러닝 연산하여 제1_2 고장 분류 정보 내지 제n_2 고장 분류 정보를 출력하도록 하며, 이를 반복하며, 제m 피처를 제1 딥 러닝 모델 내지 제n 딥 러닝 모델 각각에 입력하여 제1 딥 러닝 모델 내지 제n 딥 러닝 모델 각각이 제m 피처를 러닝 러닝 연산하여 제1_m 고장 분류 정보 내지 제n_m 고장 분류 정보를 출력하도록 함으로써, 제1_1 고장 분류 정보 내지 제n_m 고장 분류 정보를 생성하도록 할 수 있다.Meanwhile, the diagnosis apparatus 1000 inputs the first feature to each of the first to n-th deep learning models, and each of the first to n-th deep learning models performs a running-running operation on the first feature to obtain 1_1 To output failure classification information to n_1-th failure classification information, and input the second feature to each of the first deep learning model to the n-th deep learning model, so that each of the first deep learning model to the n-th deep learning model uses the second feature The running operation is performed to output 1_2 th failure classification information to n_2 th failure classification information, which is repeated, and inputs the m th feature to the first deep learning model to the n th deep learning model, respectively, to obtain the first deep learning model to the n_th Each of the n deep learning models performs a running operation on the m-th feature and outputs 1_m-th failure classification information to n_m-th failure classification information, thereby generating 1_1-th failure classification information to n_m-th failure classification information.
또한, 이와는 달리, 진단 장치(1000)는 제1 피처 내지 제m 피처를 컨캐이터네이트하여 제1 피처 내지 제m 피처 각각을 각각의 채널로 하는 m 채널 피처맵을 생성하며, m 채널 피처맵을 제1 딥 러닝 모델 내지 제n 딥 러닝 모델로 입력함으로써, 제1_1 고장 분류 정보 내지 제n_m 고장 분류 정보를 생성하도록 할 수 있다.Also, unlike this, the diagnostic apparatus 1000 concatenates the first to m-th features to generate an m-channel feature map having each of the first to m-th features as channels, and the m-channel feature map It is possible to generate 1_1 th failure classification information to n_m th failure classification information by inputting the data to the first to nth deep learning models.
즉, 진단 장치(1000)는 m 채널 피처맵을 제1 딥 러닝 모델로 입력하여 제1 딥 러닝 모델로 하여금 m 채널 피처맵을 러닝 연산하여 제1_1 고장 분류 정보 내지 제1_m 고장 분류 정보를 출력하도록 하며, m 채널 피처맵을 제2 딥 러닝 모델로 입력하여 제2 딥 러닝 모델로 하여금 m 채널 피처맵을 러닝 연산하여 제2_1 고장 분류 정보 내지 제2_m 고장 분류 정보를 출력하도록 하고, 이를 반복하며, m 채널 피처맵을 제n 딥 러닝 모델로 입력하여 제n 딥 러닝 모델로 하여금 m 채널 피처맵을 러닝 연산하여 제n_1 고장 분류 정보 내지 제n_m 고장 분류 정보를 출력하도록 함으로써, 제1_1 고장 분류 정보 내지 제n_m 고장 분류 정보를 생성하도록 할 수 있다.That is, the diagnosis apparatus 1000 inputs the m-channel feature map to the first deep learning model and causes the first deep learning model to perform a running operation on the m-channel feature map and output 1_1 failure classification information to 1_m failure classification information. The m-channel feature map is input to the second deep learning model, and the second deep learning model performs a running operation on the m-channel feature map to output 2_1 failure classification information to 2_m failure classification information, and repeating this, The m-channel feature map is input to the n-th deep learning model, and the n-th deep learning model performs a running operation on the m-channel feature map to output n_1-th failure classification information to n_m-th failure classification information, thereby obtaining 1_1 failure classification information to The n_mth failure classification information may be generated.
다음으로, 진단 장치(1000)는 제1_1 고장 분류 정보 내지 제n_m 고장 분류 정보를 앙상블하여 기계에 대한 고장을 진단한 고장 진단 정보를 출력(S30)할 수 있다.Next, the diagnosis apparatus 1000 may ensemble the 1_1 th failure classification information to the n_m th failure classification information to output failure diagnosis information for diagnosing a failure of the machine (S30).
일 예로, 고장 진단 장치(1000)는 제1_1 고장 분류 정보 내지 제n_m 고장 분류 정보를 고장 여부를 판단하는 디스크리미네터(discriminator)(300)에 입력하여 제1_1 고장 분류 정보 내지 제n_m 고장 분류 정보 각각에 대한 고장 여부를 판단한 판별 정보들을 출력하도록 하며, 제1_1 고장 분류 정보 내지 제n_m 고장 분류 정보와 판별 정보들을 모델 평가부(400)에 입력하여 모델 평가부(400)로 하여금 제1_1 고장 분류 정보 내지 제n_m 고장 분류 정보를 앙상블하여 기계에 대한 고장을 진단한 고장 진단 정보를 출력하도록 할 수 있다.For example, the failure diagnosis apparatus 1000 inputs 1_1 th failure classification information to n_m th failure classification information to a discriminator 300 that determines whether or not there is a failure, and inputs 1_1 th failure classification information to n_m th failure classification information. Determination information for each failure is outputted, and the 1_1 to n_m failure classification information and determination information are input to the model evaluation unit 400 so that the model evaluation unit 400 can classify the 1_1 failure. Information through n_m-th failure classification information may be ensembled to output failure diagnosis information for diagnosing a failure of a machine.
이때, 진단 장치(1000)는 제1_1 고장 분류 정보 내지 제n_m 고장 분류 정보 각각의 정답 확률값(probability)을 참조하여 제1_1 고장 분류 정보 내지 제n_m 고장 분류 정보 중 기계의 고장에 대한 특정 고장 분류 정보를 선택하고, 특정 고장 분류 정보를 고장 진단 정보로 출력할 수 있다.At this time, the diagnostic apparatus 1000 refers to the probability of answering each of the 1_1th failure classification information to the n_mth failure classification information, and the specific failure classification information for the failure of the machine among the 1_1th failure classification information to the n_mth failure classification information. can be selected, and specific failure classification information can be output as failure diagnosis information.
일 예로, 제1_1 고정 분류 정보 내지 제n_m 고장 분류 정보 각각의 정답 확률값을 참조하여, 정답 확률값이 가장 높은 특정 고장 분류 정보를 선택하거나, 고장 유형별로 정답 확률값의 평균이 가장 높은 특정 고장 유형에 대응되는 특정 고장 분류 정보를 선택하는 등 다양한 방법에 의해 제1_1 고정 분류 정보 내지 제n_m 고장 분류 정보를 앙상블하여 고장 진단 정보를 출력하도록 할 수 있다.For example, by referring to the correct answer probability value of each of the 1_1st fixed classification information to the n_m-th failure classification information, selecting specific failure classification information having the highest probability of correct answer value, or corresponding to a specific failure type having the highest average correct answer probability value for each failure type. Failure diagnosis information may be output by ensembling 1st_1st fixed classification information to n_mth failure classification information by various methods, such as selecting specific failure classification information.
또한, 진단 장치(1000)는 제1_1 고장 분류 정보 내지 제n_m 고장 분류 정보를 가중합하여 고장 진단 정보를 출력할 수도 있다.In addition, the diagnosis apparatus 1000 may weight-sum the 1st to 1st failure classification information to the n_mth failure classification information to output failure diagnosis information.
이에 더하여, 진단 장치(1000)는 제1_1 고장 분류 정보 내지 제n_m 고장 분류 정보를 고장 유형 별로 분류하며, 회수가 가장 많은 고장 유형에 대응되는 특정 고장 분류 정보를 고장 진단 정보로 출력하도록 할 수 있다.In addition, the diagnosis apparatus 1000 may classify the 1_1th to n_m-th failure classification information by failure type, and output specific failure classification information corresponding to the failure type with the highest frequency as failure diagnosis information. .
하지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 제1_1 고장 분류 정보 내지 제n_m 고장 분류 정보를 다양한 방법으로 앙상블하여 고장 진단 정보를 출력할 수 있다.However, the present invention is not limited thereto, and the failure diagnosis information may be output by ensembling the 1_1th failure classification information to the n_mth failure classification information in various ways.
그리고, 진단 장치(1000)는 고장 진단 정보를 이용하여 제1 딥 러닝 모델 내지 제n 딥 러닝 모델 중 비지도 학습 모델의 학습 파라미터를 업데이트함으로써, 최초 설계시 방영되지 않은 기계의 고장 유형에 대해서도 능동적으로 대처할 수 있게 된다.In addition, the diagnosis apparatus 1000 updates learning parameters of unsupervised learning models among the first deep learning model to the n-th deep learning model using the failure diagnosis information, thereby actively responding to failure types of machines that were not aired at the time of initial design. be able to cope with
이에 더하여, 진단 장치(1000)는 고장 진단 정보를 이용하여 제1 딥 러닝 모델 내지 제n 딥 러닝 모델을 계속 학습(continual learning)함으로써, 제1 딥 러닝 모델 내지 제n 딥 러닝 모델 각각의 고장 진단 정확성을 향상시킬 수 있다.In addition, the diagnosis apparatus 1000 continuously learns the first to n-th deep learning models using the failure diagnosis information, thereby diagnosing failures of the first to n-th deep learning models, respectively. Accuracy can be improved.
또한, 이상 설명된 본 발명에 따른 실시예들은 다양한 컴퓨터 구성요소를 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령어의 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체는 프로그램 명령어, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록되는 프로그램 명령어는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 분야의 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체의 예에는, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령어를 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령어의 예에는, 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함된다. 상기 하드웨어 장치는 본 발명에 따른 처리를 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.In addition, the embodiments according to the present invention described above may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer components and recorded in a computer readable recording medium. The computer readable recording medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination. Program instructions recorded on the computer-readable recording medium may be specially designed and configured for the present invention, or may be known and usable to those skilled in the art of computer software. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tapes, optical recording media such as CD-ROMs and DVDs, and magneto-optical media such as floptical disks. media), and hardware devices specially configured to store and execute program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter or the like as well as machine language codes such as those produced by a compiler. The hardware device may be configured to act as one or more software modules to perform processing according to the present invention and vice versa.
이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.In the above, the present invention has been described by specific details such as specific components and limited embodiments and drawings, but these are provided to help a more general understanding of the present invention, and the present invention is not limited to the above embodiments. , Those skilled in the art to which the present invention pertains may seek various modifications and variations from these descriptions.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Therefore, the spirit of the present invention should not be limited to the above-described embodiments, and not only the claims described later, but also all modifications equivalent or equivalent to these claims belong to the scope of the spirit of the present invention. will do it
Claims (18)
- 딥 러닝 기반으로 음향 또는 진동을 이용하여 기계의 고장을 진단하는 방법에 있어서, A method for diagnosing machine failure using sound or vibration based on deep learning,(a) 기계로부터 검출된 음향 데이터 또는 진동 데이터가 획득되면, 진단 장치가, 상기 음향 데이터 또는 상기 진동 데이터를 피처 추출부로 입력하여 상기 피처 추출부로 하여금 상기 음향 데이터 또는 상기 진동 데이터로부터 제1 피처 내지 제m 피처를 추출하도록 하는 단계;(a) When the sound data or vibration data detected from the machine is obtained, the diagnosis device inputs the sound data or the vibration data to a feature extractor to cause the feature extractor to obtain first features to first features from the sound data or the vibration data. allowing an mth feature to be extracted;(b) 상기 진단 장치가, 상기 제1 피처 내지 상기 제m 피처를 제1 딥 러닝 모델 내지 제n 딥 러닝 모델로 입력하여 상기 제1 딥 러닝 모델 내지 상기 제n 딥 러닝 모델로 하여금 상기 제1 피처 내지 상기 제m 피처를 러닝 연산하여 상기 제1 피처 내지 상기 제m 피처에 대한 고장 상태를 분류한 제1_1 고장 분류 정보 내지 제n_m 고장 분류 정보를 출력하도록 하는 단계; 및(b) the diagnosis device inputs the first feature to the m-th feature as a first deep learning model to an n-th deep learning model, and causes the first to n-th deep learning models to perform the first performing a running operation on features to the m-th feature to output 1_1 th failure classification information to n_m th failure classification information obtained by classifying failure states for the first feature to the m-th feature; and(c) 상기 진단 장치가, 상기 제1_1 고장 분류 정보 내지 상기 제n_m 고장 분류 정보를 앙상블하여 상기 기계에 대한 고장을 진단한 고장 진단 정보를 출력하는 단계;(c) outputting, by the diagnosis device, failure diagnosis information for diagnosing a failure of the machine by ensembling the 1st failure classification information to the n_m-th failure classification information;를 포함하는 방법.How to include.
- 제1항에 있어서,According to claim 1,상기 (b) 단계에서,In step (b),상기 진단 장치는, 상기 제1 피처 내지 상기 제m 피처를 컨캐이터네이트하여 상기 제1 피처 내지 상기 제m 피처 각각을 각각의 채널로 하는 m 채널 피처맵을 생성하며, 상기 m 채널 피처맵을 상기 제1 딥 러닝 모델 내지 상기 제n 딥 러닝 모델로 입력하는 방법.The diagnosis apparatus concatenates the first to m-th features to generate m-channel feature maps including each of the first to m-th features as channels, and converts the m-channel feature maps into the m-th feature maps. A method of inputting input to the first deep learning model to the nth deep learning model.
- 제1항에 있어서,According to claim 1,상기 제1 딥 러닝 모델 내지 상기 제n 딥 러닝 모델은, 상기 기계의 고장 상태를 분류하기 위한 적어도 하나의 지도 학습 모델과 적어도 하나의 비지도 학습 모델을 포함하는 방법.The first deep learning model to the n-th deep learning model include at least one supervised learning model and at least one unsupervised learning model for classifying the failure state of the machine.
- 제3항에 있어서,According to claim 3,상기 진단 장치는, 상기 고장 진단 정보를 이용하여 상기 비지도 학습 모델의 학습 파라미터를 업데이트하는 방법.The diagnosis device updates learning parameters of the unsupervised learning model using the failure diagnosis information.
- 제1항에 있어서,According to claim 1,상기 음향 데이터 또는 상기 진동 데이터는 상기 기계에서 발생된 음향 또는 진동을 기설정된 시간 단위로 샘플링하여 생성한 것이며, 샘플의 길이가 상기 기설정된 시간 단위보다 길 경우에는 앞 부분의 기설정된 시간 단위의 데이터만 샘플링하고, 상기 샘플의 길이가 상기 기설정된 시간 단위보다 짧을 경우에는 뒷 부분에 제로 패딩을 추가하는 방법.The sound data or the vibration data is generated by sampling the sound or vibration generated by the machine in a predetermined time unit, and when the length of the sample is longer than the predetermined time unit, the data in the previous predetermined time unit A method of sampling only, and adding zero padding to a rear part when the length of the sample is shorter than the preset time unit.
- 제1항에 있어서,According to claim 1,상기 제1 피처 내지 상기 제m 피처는, 인간의 청력을 고려하여 주파수 범위를 나눈 Mel spectrogram, 상기 Mel spectrogram을 하나의 신호로 간주하고 코사인 변환했을 때의 계수인 MFCC, 단위 시간 동안 신호의 부호가 바뀌는 횟수인 zero crossing rate, f 이하의 주파수에 해당하는 에너지가 전체 에너지의 특정 비율과 일치할 때의 f의 값인 spectral Roll-Off, 스펙트럼의 무게 중심 또는 가중 평균인 spectral centroid, 스펙트럼 분포의 분산인 spectral bandwidth, 부분 스펙트럼에서 최대/최소 에너지의 차이인 spectral contrast, 스펙트럼의 평탄도인 spectral flatness, 스펙트럼의 하모닉 특징인 chromagram 중 적어도 두 개 이상을 포함하는 방법.The first feature to the mth feature include a Mel spectrogram divided by a frequency range in consideration of human hearing, an MFCC that is a coefficient when the Mel spectrogram is regarded as one signal and cosine-transformed, and a signal sign for a unit time Zero crossing rate, which is the number of transitions, spectral Roll-Off, which is the value of f when the energy corresponding to the frequency below f matches a specific ratio of the total energy, spectral centroid, which is the center of gravity or weighted average of the spectrum, and the variance of the spectral distribution A method that includes at least two of spectral bandwidth, spectral contrast, which is the difference between maximum and minimum energy in a partial spectrum, spectral flatness, which is the flatness of a spectrum, and chromagram, which is a harmonic characteristic of a spectrum.
- 제1항에 있어서,According to claim 1,상기 (c) 단계에서,In step (c),상기 진단 장치는, 상기 제1_1 고장 분류 정보 내지 상기 제n_m 고장 분류 정보를 고장 여부를 판단하는 디스크리미네터에 입력하여 상기 제1_1 고장 분류 정보 내지 상기 제n_m 고장 분류 정보 각각에 대한 고장 여부를 판단한 판별 정보들을 출력하도록 하며, 상기 제1_1 고장 분류 정보 내지 상기 제n_m 고장 분류 정보와 상기 판별 정보들을 모델 평가부에 입력하여 상기 모델 평가부로 하여금 상기 제1_1 고장 분류 정보 내지 상기 제n_m 고장 분류 정보를 앙상블하여 상기 기계에 대한 고장을 진단한 상기 고장 진단 정보를 출력하도록 하는 방법.The diagnosis apparatus determines whether each of the 1_1-th failure classification information to the n_m-th failure classification information has a failure by inputting the 1_1-th failure classification information to the n_m-th failure classification information into a discriminator that determines whether or not there is a failure. The determination information is output, and the 1_1 th failure classification information to the n_m th failure classification information and the determination information are input to a model evaluation unit so that the model evaluation unit determines the 1_1 th failure classification information to the n_m th failure classification information. A method of ensembling and outputting the failure diagnosis information for diagnosing a failure of the machine.
- 제1항에 있어서,According to claim 1,상기 (c) 단계에서,In step (c),상기 진단 장치는, 상기 제1_1 고장 분류 정보 내지 상기 제n_m 고장 분류 정보 각각의 정답 확률값을 참조하여 상기 제1_1 고장 분류 정보 내지 상기 제n_m 고장 분류 정보 중 상기 기계의 고장에 대한 특정 고장 분류 정보를 선택하고, 상기 특정 고장 분류 정보를 상기 고장 진단 정보로 출력하는 방법.The diagnostic apparatus obtains specific failure classification information for the failure of the machine from among the 1_1th failure classification information to the n_mth failure classification information with reference to a correct answer probability value of each of the 1_1th failure classification information to the n_mth failure classification information. and outputting the specific failure classification information as the failure diagnosis information.
- 제1항에 있어서,According to claim 1,상기 (c) 단계에서,In step (c),상기 진단 장치는, 상기 제1_1 고장 분류 정보 내지 상기 제n_m 고장 분류 정보를 가중합하여 상기 고장 진단 정보를 출력하는 방법.The method of claim 1 , wherein the diagnosis apparatus weights and sums the 1st to 1st failure classification information to the n_mth failure classification information to output the failure diagnosis information.
- 딥 러닝 기반으로 음향 또는 진동을 이용하여 기계의 고장을 진단하는 진단 장치에 있어서,A diagnostic device for diagnosing machine failure using sound or vibration based on deep learning,딥 러닝 기반으로 음향 또는 진동을 이용하여 기계의 고장을 진단하기 위한 인스트럭션들이 저장된 메모리; 및a memory in which instructions for diagnosing a failure of a machine using sound or vibration based on deep learning are stored; and상기 메모리에 저장된 상기 인스트럭션들에 따라 상기 딥 러닝 기반으로 음향 또는 진동을 이용하여 기계의 고장을 진단하기 위한 동작을 수행하는 프로세서;a processor configured to perform an operation for diagnosing a failure of a machine using sound or vibration based on the deep learning according to the instructions stored in the memory;를 포함하며,Including,상기 프로세서는, (i) 기계로부터 검출된 음향 데이터 또는 진동 데이터가 획득되면, 상기 음향 데이터 또는 상기 진동 데이터를 피처 추출부로 입력하여 상기 피처 추출부로 하여금 상기 음향 데이터 또는 상기 진동 데이터로부터 제1 피처 내지 제m 피처를 추출하도록 하는 프로세스, (ii) 상기 제1 피처 내지 상기 제m 피처를 제1 딥 러닝 모델 내지 제n 딥 러닝 모델로 입력하여 상기 제1 딥 러닝 모델 내지 상기 제n 딥 러닝 모델로 하여금 상기 제1 피처 내지 상기 제m 피처를 러닝 연산하여 상기 제1 피처 내지 상기 제m 피처에 대한 고장 상태를 분류한 제1_1 고장 분류 정보 내지 제n_m 고장 분류 정보를 출력하도록 하는 프로세스, 및 (iii) 상기 제1_1 고장 분류 정보 내지 상기 제n_m 고장 분류 정보를 앙상블하여 상기 기계에 대한 고장을 진단한 고장 진단 정보를 출력하는 프로세스를 수행하는 진단 장치.The processor may (i) when the sound data or vibration data detected from the machine is obtained, input the sound data or the vibration data to a feature extractor, and cause the feature extractor to obtain first features to first features from the sound data or the vibration data. a process of extracting the m-th feature, (ii) inputting the first feature to the m-th feature to a first deep learning model to an n-th deep learning model into the first deep learning model to the n-th deep learning model; a process of performing a running operation on the first feature to the m-th feature and outputting 1_1 th failure classification information to n_m th failure classification information obtained by classifying the failure states for the first feature to the m-th feature; and (iii) ) The diagnosis apparatus performs a process of outputting fault diagnosis information in which a fault of the machine is diagnosed by ensembling the 1_1th fault classification information to the n_m-th fault classification information.
- 제10항에 있어서,According to claim 10,상기 프로세서는, 상기 (ii) 프로세스에서, 상기 제1 피처 내지 상기 제m 피처를 컨캐이터네이트하여 상기 제1 피처 내지 상기 제m 피처 각각을 각각의 채널로 하는 m 채널 피처맵을 생성하며, 상기 m 채널 피처맵을 상기 제1 딥 러닝 모델 내지 상기 제n 딥 러닝 모델로 입력하는 진단 장치.The processor, in the process (ii), concatenates the first feature to the m-th feature to generate an m-channel feature map having each of the first feature to the m-th feature as a channel, A diagnostic device for inputting m-channel feature maps to the first to n-th deep learning models.
- 제10항에 있어서,According to claim 10,상기 제1 딥 러닝 모델 내지 상기 제n 딥 러닝 모델은, 상기 기계의 고장 상태를 분류하기 위한 적어도 하나의 지도 학습 모델과 적어도 하나의 비지도 학습 모델을 포함하는 진단 장치.The first deep learning model to the n-th deep learning model include at least one supervised learning model and at least one unsupervised learning model for classifying the failure state of the machine.
- 제12항에 있어서,According to claim 12,상기 프로세서는, 상기 고장 진단 정보를 이용하여 상기 비지도 학습 모델의 학습 파라미터를 업데이트하는 진단 장치.The processor updates the learning parameters of the unsupervised learning model using the failure diagnosis information.
- 제10항에 있어서,According to claim 10,상기 음향 데이터 또는 상기 진동 데이터는 상기 기계에서 발생된 음향 또는 진동을 기설정된 시간 단위로 샘플링하여 생성한 것이며, 샘플의 길이가 상기 기설정된 시간 단위보다 길 경우에는 앞 부분의 기설정된 시간 단위의 데이터만 샘플링하고, 상기 샘플의 길이가 상기 기설정된 시간 단위보다 짧을 경우에는 뒷 부분에 제로 패딩을 추가하는 진단 장치.The sound data or the vibration data is generated by sampling the sound or vibration generated by the machine in a predetermined time unit, and when the length of the sample is longer than the predetermined time unit, the data in the previous predetermined time unit A diagnostic device that samples only the samples and adds zero padding to a rear part when the length of the sample is shorter than the preset time unit.
- 제10항에 있어서,According to claim 10,상기 제1 피처 내지 상기 제m 피처는, 인간의 청력을 고려하여 주파수 범위를 나눈 Mel spectrogram, 상기 Mel spectrogram을 하나의 신호로 간주하고 코사인 변환했을 때의 계수인 MFCC, 단위 시간 동안 신호의 부호가 바뀌는 횟수인 zero crossing rate, f 이하의 주파수에 해당하는 에너지가 전체 에너지의 특정 비율과 일치할 때의 f의 값인 spectral Roll-Off, 스펙트럼의 무게 중심 또는 가중 평균인 spectral centroid, 스펙트럼 분포의 분산인 spectral bandwidth, 부분 스펙트럼에서 최대/최소 에너지의 차이인 spectral contrast, 스펙트럼의 평탄도인 spectral flatness, 스펙트럼의 하모닉 특징인 chromagram 중 적어도 두 개 이상을 포함하는 진단 장치.The first feature to the mth feature include a Mel spectrogram divided by a frequency range in consideration of human hearing, an MFCC that is a coefficient when the Mel spectrogram is regarded as one signal and cosine-transformed, and a signal sign for a unit time Zero crossing rate, which is the number of transitions, spectral Roll-Off, which is the value of f when the energy corresponding to the frequency below f matches a specific ratio of the total energy, spectral centroid, which is the center of gravity or weighted average of the spectrum, and the variance of the spectral distribution A diagnostic device that includes at least two of spectral bandwidth, spectral contrast, which is the difference between maximum and minimum energy in a partial spectrum, spectral flatness, which is the flatness of a spectrum, and chromagram, which is a harmonic characteristic of a spectrum.
- 제10항에 있어서,According to claim 10,상기 프로세서는, 상기 (iii) 프로세스에서, 상기 제1_1 고장 분류 정보 내지 상기 제n_m 고장 분류 정보를 고장 여부를 판단하는 디스크리미네터에 입력하여 상기 제1_1 고장 분류 정보 내지 상기 제n_m 고장 분류 정보 각각에 대한 고장 여부를 판단한 판별 정보들을 출력하도록 하며, 상기 제1_1 고장 분류 정보 내지 상기 제n_m 고장 분류 정보와 상기 판별 정보들을 모델 평가부에 입력하여 상기 모델 평가부로 하여금 상기 제1_1 고장 분류 정보 내지 상기 제n_m 고장 분류 정보를 앙상블하여 상기 기계에 대한 고장을 진단한 상기 고장 진단 정보를 출력하도록 하는 진단 장치.In the (iii) process, the processor inputs the 1_1 th failure classification information to the n_m th failure classification information to a discriminator for determining whether a failure exists, and the 1_1 th failure classification information to the n_m th failure classification information, respectively. outputs determination information for determining whether there is a failure, and inputs the 1_1th failure classification information to the n_m-th failure classification information and the determination information to the model evaluation unit so that the model evaluation unit can perform the 1_1 failure classification information to the above A diagnosis device configured to output failure diagnosis information obtained by ensembling n_m-th failure classification information to diagnose failures of the machine.
- 제10항에 있어서,According to claim 10,상기 프로세서는, 상기 (iii) 프로세스에서, 상기 제1_1 고장 분류 정보 내지 상기 제n_m 고장 분류 정보 각각의 정답 확률값을 참조하여 상기 제1_1 고장 분류 정보 내지 상기 제n_m 고장 분류 정보 중 상기 기계의 고장에 대한 특정 고장 분류 정보를 선택하고, 상기 특정 고장 분류 정보를 상기 고장 진단 정보로 출력하는 진단 장치.In the (iii) process, the processor determines the failure of the machine among the 1_1 th failure classification information to the n_m th failure classification information by referring to a probability value of an answer of each of the 1_1 th failure classification information to the n_m th failure classification information. A diagnostic device for selecting specific failure classification information for the failure classification and outputting the specific failure classification information as the failure diagnosis information.
- 제10항에 있어서,According to claim 10,상기 프로세서는, 상기 (iii) 프로세스에서, 상기 제1_1 고장 분류 정보 내지 상기 제n_m 고장 분류 정보를 가중합하여 상기 고장 진단 정보를 출력하는 진단 장치.wherein the processor outputs the failure diagnosis information by weighting the 1_1 th failure classification information to the n_m th failure classification information in the (iii) process.
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Legal Events
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NENP | Non-entry into the national phase |
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