KR102344852B1 - Digital Twin-based Prediction and Diagnostic Device for Pump Bearing Systems - Google Patents
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Abstract
본 발명은 펌프 베어링 시스템의 디지털 트윈 기반 예측진단 장치에 관한 것으로, 특히 펌프 베어링 시스템을 구성하는 감시 대상 설비들에 관한 다양한 운전변수와 감시변수를 종합적으로 분석하여 결함 발생 원인을 추적할 수 있도록 하고, 다양한 진단 모델을 이용하여 조기에 결함 발생을 감지할 수 있도록 하며, 디지털 트윈 모델을 사용하고 시각화하여 사용자가 직관적으로 결함 발생 원인 및 상황 파악을 할 수 있도록 하는 펌프 베어링 시스템의 디지털 트윈 기반 예측진단 장치에 관한 것이다.
본 발명인 펌프 베어링 시스템의 디지털 트윈 기반 예측진단 장치를 이루는 구성수단은, 적어도 하나의 펌프 베어링 시스템의 감시 대상 설비들에 관한 감시/운전 데이터들을 수집하는 데이터 수집 모듈, 상기 데이터 수집 모듈에 의해 수집된 데이터를 저장 관리하고, 연계 서버와 데이터 통신을 수행하는 데이터 처리 모듈, 상기 데이터 처리 모듈로부터 입력받은 예측진단 기초 정보 데이터를 적어도 하나의 모델에 적용하는 분석 및 시뮬레이션 과정을 통해 펌프 베어링 시스템의 결함 예측 및 진단과 최적 운전조건 예측을 수행하는 예측 및 진단 모듈, 상기 예측 및 진단 모듈로부터 입력되는 예측진단 결과 정보 데이터를 디지털 트윈 3D 모델에 연계 처리하여 시각화를 통해 제공하는 디지털 트윈 모델 처리 모듈을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a digital twin-based predictive diagnosis device for a pump bearing system, and in particular, it is possible to track the cause of a defect by comprehensively analyzing various operating variables and monitoring variables related to the monitoring target facilities constituting the pump bearing system. , a digital twin-based predictive diagnosis of a pump bearing system that enables early detection of fault occurrence using various diagnostic models, and enables users to intuitively identify the cause and situation of a fault by using and visualizing a digital twin model. It's about the device.
The constituent means constituting the digital twin-based predictive diagnosis device of the pump bearing system according to the present invention includes a data collection module that collects monitoring/operation data related to facilities to be monitored of at least one pump bearing system, and the data collection module collected by the data collection module. A data processing module that stores and manages data and performs data communication with a linked server, and predicts failure of a pump bearing system through an analysis and simulation process that applies the predictive diagnosis basic information data input from the data processing module to at least one model And a prediction and diagnosis module that performs diagnosis and prediction of optimal operating conditions, and a digital twin model processing module that links and processes the predictive diagnosis result information data input from the prediction and diagnosis module to a digital twin 3D model and provides it through visualization It is characterized in that it is composed.
Description
본 발명은 펌프 베어링 시스템의 디지털 트윈 기반 예측진단 장치에 관한 것으로, 특히 펌프 베어링 시스템을 구성하는 감시 대상 설비들에 관한 다양한 운전변수와 감시변수를 종합적으로 분석하여 결함 발생 원인을 추적할 수 있도록 하고, 다양한 진단 모델을 이용하여 조기에 결함 발생을 감지할 수 있도록 하며, 디지털 트윈 모델을 사용하고 시각화하여 사용자가 직관적으로 결함 발생 원인 및 상황 파악을 할 수 있도록 하는 펌프 베어링 시스템의 디지털 트윈 기반 예측진단 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a digital twin-based predictive diagnosis device of a pump bearing system, and in particular, it is possible to track the cause of a defect by comprehensively analyzing various operating variables and monitoring variables related to the monitoring target facilities constituting the pump bearing system. , a digital twin-based predictive diagnosis of a pump bearing system that enables early detection of fault occurrence using various diagnostic models, and uses and visualizes a digital twin model to enable users to intuitively identify the cause and situation of a fault It's about the device.
대형 펌프 베어링 시스템(1)은 도 1에 도시된 바와 같이, 대부분 회전체를 지지하는 베어링 세트(3)와 베어링 세트에 윤활유를 공급하는 윤활유 공급장치(5) 및 윤활유 냉각을 위한 냉각수 공급장치(7)를 포함하여 구성되어 있다. As shown in Figure 1, the large pump bearing system (1) has a bearing set (3) that mostly supports a rotating body, a lubricant supply device (5) for supplying lubricant to the bearing set, and a cooling water supply device ( 7) is included.
베어링 세트(3)에 공급되는 윤활유는 베어링 세트를 구성하는 베어링(저널(Journal) 베어링과 쓰러스트(Thrust) 베어링)과 회전체와의 마찰을 최소화하고, 이로 인해 발생하는 열을 제거하는 매우 중요한 역할을 수행한다. Lubricating oil supplied to the bearing set (3) is very important to minimize friction between the bearings (Journal and Thrust bearings) constituting the bearing set and the rotating body and to remove heat generated by this. play a role
만일, 윤활유 공급장치(5) 고장이나 중간 라인에 있는 필터 막힘 등의 문제로 인해 윤활 공급이 원활하지 않은 경우에는 베어링들의 온도가 상승하여 손상이 발생하고, 회전체 지지 기능을 정상적으로 수행하지 못하여 회전축 손상을 2차적으로 유발한다. If the lubrication supply is not smooth due to a problem such as a failure of the
냉각수 공급장치(7)는 윤활유 공급장치(5)에서 베어링 세트(3)로 공급된 윤활유를 냉각시켜주는 장치이며, 윤활유의 온도를 일정하게 냉각시켜 준다. 냉각수 공급 문제 또한 윤활유 온도를 유지시키지 못하여 온도를 상승시켜 베어링들의 손상을 유발하는 주요 원인들 중의 하나이다.The cooling
이와 같이, 소형 펌프와 달리 대형 펌프 베어링 시스템(1)은 도 1에 도시된 바와 같이, 베어링(Bearing)세트(30)와 윤활유 공급장치(Hydraulic Power Unit)(5) 및 냉각수 공급장치(Cooling Unit)(7) 등으로 복잡하게 구성되어 있다. As such, unlike the small pump, the large pump bearing
펌프 베어링 시스템(1)은 축과 커플링 및 임팰러 등의 부품들(Rotating Components)이 회전하는 동안 회전체의 동적 거동(Dynamic Behavior)에 의해 발생하는 축 방향과 반경 방향 부하를 지지하기 때문에 펌프의 안전성과 운전성에 직결되어 있다. 이에 산업계에서는 대형펌프의 운전상태 감시 요소들 중 펌프 베어링 시스템에 대한 감시를 매우 중요한 요소로 포함하고 있다. Since the pump bearing
하지만, 이들 펌프 베어링 시스템에 대한 감시기술들은 대부분이 단순히 사용자가 설정한 운전 제한치 값들을 기준으로 초과하였는지 여부만을 판단하기 때문에 이상발생 여부에 대한 정보만을 제공할 뿐 근본적인 원인이 관련 보조 장치(윤활유 공급장치, 냉각수 공급장치) 문제인지 회전체 문제로 인한 것인지를 정확하게 제공하지 못하고 있다. However, since most monitoring technologies for these pump bearing systems simply judge whether or not the operation limit values set by the user have been exceeded, they only provide information on whether an abnormality has occurred and the root cause is the related auxiliary device (lubricating oil supply). It is not possible to accurately provide information on whether it is a problem with the device, cooling water supply device) or a problem with the rotating body.
그리고 운전 제한치 값들을 보수적으로 설정하는 경우에 비정상적인 알람이 빈번하게 발생하여 감시시스템 운영 관리가 어렵기 때문에 대부분 비보수적으로 높게 설정하여 이상 발생 시 교체 수준의 심각한 정비를 수행해야 한다. 또한 회전축과 커플링 등으로 손상이 확산되는 것을 차단하기 위하여 신속조치가 필요하나 구조적으로 펌프 베어링 시스템을 구성하는 요소들이 매우 복잡하기 때문에 원인 분석 시 시간 소요가 매우 크다는 문제점을 안고 있다. In addition, when the operation limit values are set conservatively, abnormal alarms occur frequently, making it difficult to manage the monitoring system. Therefore, most of them should be set non-conservatively high to perform serious maintenance at the replacement level in case of an abnormality. In addition, quick measures are needed to prevent the spread of damage to the rotating shaft and couplings, but structurally, the components constituting the pump bearing system are very complex, so it takes a lot of time to analyze the cause.
한편, 디지털 트윈(Digital Twin)은 컴퓨터에 현실 속 사물의 쌍둥이를 만들고, 현실에서 발생할 수 있는 상황을 컴퓨터로 시뮬레이션함으로써 현실 자산의 특성에 대한 정확한 정보를 얻기 위한 기술을 말한다. 현실 자산의 각종 상태, 생산성, 동작 시나리오 등을 알 수 있으므로 여러 산업들의 생산, 서비스 등 전반에 걸쳐 효율을 향상시킬 수 있으므로 최근 주목받고 있다.On the other hand, digital twin refers to a technology for obtaining accurate information about the characteristics of real assets by creating twins of real objects on a computer and simulating situations that may occur in real life with a computer. Since it is possible to know the various states, productivity, and operation scenarios of real assets, it is attracting attention recently because it can improve the overall efficiency of production and services in various industries.
디지털 트윈은 복제품을 만든다는 점에서 디지털 목업(mockup)과 비슷하다. 하지만, 제품 설계가 완성되고 생산 및 판매가 이뤄지는 시점에서 쓸모가 없어지는 목업과는 달리, 디지털 트윈은 제품이 완성된 이후에도 계속 유지되며, 수집한 상태 데이터를 제품 사용자에게 제공할 수 있다는 점에서 큰 차이점을 가진다.A digital twin is similar to a digital mockup in that it creates a clone. However, unlike mockups, which become obsolete once product design is complete and production and sales occur, digital twins persist long after the product is complete and the state data it collects can be provided to users of the product. have
이러한 디지털 트윈의 장점으로 인해 산업 전반에는 디지털 트윈을 이용한 다양한 프로세스 및 관련 기술을 개발하고 있다. 그러나 아직 디지털 트윈은 초기 아이디어 단계에서 연구가 머물고 있는 실정이며 산업에 실제 적용하기 위한 기술 개발이나 적용이 미비한 실정이다. 또한, 이러한 디지털 트윈이 적용된 펌프 베어링 시스템에 대한 예측진단 또는 모니터링 기술이 아직 제안되지 못하고 있는 실정이다.Due to these advantages of digital twins, various processes and related technologies using digital twins are being developed throughout the industry. However, research on digital twins is still in the initial idea stage, and technology development or application for practical application to industry is insufficient. In addition, predictive diagnosis or monitoring technology for a pump bearing system to which such a digital twin is applied has not yet been proposed.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 펌프 베어링 시스템을 구성하는 감시 대상 설비들에 관한 다양한 운전변수와 감시변수를 종합적으로 분석하여 결함 발생 원인을 추적할 수 있도록 하고, 다양한 진단 모델을 이용하여 조기에 결함 발생을 감지할 수 있도록 하며, 디지털 트윈 모델을 사용하고 시각화하여 사용자가 직관적으로 결함 발생 원인 및 상황 파악을 할 수 있도록 하는 펌프 베어링 시스템의 디지털 트윈 기반 예측진단 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.The present invention was created to solve the problems of the prior art as described above, and it is possible to trace the cause of the defect by comprehensively analyzing various operating variables and monitoring variables related to the monitoring target facilities constituting the pump bearing system, and , a digital twin-based predictive diagnosis of a pump bearing system that enables early detection of fault occurrence using various diagnostic models, and enables users to intuitively identify the cause and situation of a fault by using and visualizing a digital twin model. The purpose is to provide a device.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 제안된 본 발명인 펌프 베어링 시스템의 디지털 트윈 기반 예측진단 장치를 이루는 구성수단은, 적어도 하나의 펌프 베어링 시스템의 감시 대상 설비들에 관한 감시/운전 데이터들을 수집하는 데이터 수집 모듈, 상기 데이터 수집 모듈에 의해 수집된 데이터를 저장 관리하고, 연계 서버와 데이터 통신을 수행하는 데이터 처리 모듈, 상기 데이터 처리 모듈로부터 입력받은 예측진단 기초 정보 데이터를 적어도 하나의 모델에 적용하는 분석 및 시뮬레이션 과정을 통해 펌프 베어링 시스템의 결함 예측 및 진단과 최적 운전조건 예측을 수행하는 예측 및 진단 모듈, 상기 예측 및 진단 모듈로부터 입력되는 예측진단 결과 정보 데이터를 디지털 트윈 3D 모델에 연계 처리하여 시각화를 통해 제공하는 디지털 트윈 모델 처리 모듈을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.The constituent means constituting the digital twin-based predictive diagnosis device of the pump bearing system according to the present invention proposed to solve the above problems is data collection that collects monitoring/operation data related to the monitoring target facilities of at least one pump bearing system. module, a data processing module that stores and manages the data collected by the data collection module and performs data communication with a linked server, an analysis that applies the predictive diagnosis basic information data received from the data processing module to at least one model; Prediction and diagnosis module that predicts and diagnoses faults of the pump bearing system and predicts optimal operating conditions through the simulation process, and the prediction and diagnosis result information data input from the prediction and diagnosis module is linked to the digital twin 3D model and processed through visualization It is characterized in that it is configured to include a digital twin model processing module to provide.
여기서, 상기 감시 대상 설비는 베어링 세트, 윤활유 공급 장치 및 냉각수 공급 장치인 것을 특징으로 한다.Here, the monitoring target equipment is a bearing set, a lubricant supply device, and a coolant supply device.
또한, 상기 데이터 처리 모듈은 상기 데이터 수집 모듈에서 수집한 감시 대상 설비들에 관한 감시/운전 데이터들, 관련 장치 운전 정보 데이터 및 기존 고장 이력 정보 데이터를 포함하는 예측진단 기초 정보 데이터를 저장 관리하는 데이터베이스를 구비하고, 상기 예측 및 진단 모듈은 상기 예측진단 기초 정보 데이터를 적어도 하나의 모델에 적용하고 분석하여 펌프 베어링 시스템의 결함 발생 및 유형을 감지하는 동작을 수행하는 분석부, 상기 예측진단 기초 정보 데이터를 적어도 하나의 모델에 적용하고 시뮬레이션하여 펌프 베어링 시스템의 상태 변화를 예측하는 동작을 수행하는 시뮬레이션부 및 상기 분석부와 시뮬레이션부의 수행 결과를 종합적으로 분석하여 결함 발생 진단, 결함 유형 진단, 결함 발생 원인 진단, 결함 발생 위치 식별, 결함 발생 예측 및 설비의 최적 운전조건 예측을 수행하는 통합 예측 및 진단부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the data processing module is a database for storing and managing predictive diagnosis basic information data including monitoring/operation data about the monitoring target facilities collected by the data collection module, related device operation information data, and existing failure history information data wherein the prediction and diagnosis module applies the predictive diagnosis basic information data to at least one model and analyzes it to perform an operation of detecting the occurrence and type of a defect in the pump bearing system; the predictive diagnosis basic information data is applied to at least one model and simulated to predict the state change of the pump bearing system. It is characterized in that it comprises an integrated prediction and diagnosis unit that performs diagnosis, fault occurrence location identification, fault occurrence prediction, and optimal operating condition prediction of equipment.
상기와 같은 과제 및 해결 수단을 가지는 본 발명인 펌프 베어링 시스템의 디지털 트윈 기반 예측진단 장치에 의하면, 펌프 베어링 시스템을 구성하는 감시 대상 설비들에 관한 다양한 운전변수와 감시변수를 종합적으로 분석하기 때문에 결함 발생 원인을 신속, 정확, 용이하게 추적할 수 있도록 하고, 다양한 진단 모델을 이용하기 때문에 조기에 결함 발생을 감지할 수 있으며, 디지털 트윈 모델을 사용하고 시각화하기 때문에 사용자가 직관적으로 결함 발생 원인 및 상황 파악을 할 수 있는 장점이 발생된다.According to the digital twin-based predictive diagnosis device of the pump bearing system of the present invention having the above problems and solutions, a defect occurs because various operating variables and monitoring variables related to the monitoring target facilities constituting the pump bearing system are comprehensively analyzed. The cause can be traced quickly, accurately and easily, and the occurrence of a fault can be detected early because of the use of various diagnostic models, and the cause and situation of the fault can be intuitively identified by the user because the digital twin model is used and visualized. There are advantages to being able to
또한, 본 발명에 의하면, 예측 및 진단 모듈이 적어도 하나의 분석 모델과 적어도 하나의 시뮬레이션 모델을 적용하기 때문에, 기존 감시시스템이 가지고 있는 결함 또는 고장 발생의 조기 감지의 어려움 문제를 해결할 수 있고, 신속하고 즉각적인 대응 조치 활동을 가능하게 하며, 이로 인하여 부품 교체와 같은 심각한 정비 보다는 간단한 경상 정비를 통해서도 복구가 가능해질 수 있도록 하는 효과가 발생한다.In addition, according to the present invention, since the prediction and diagnosis module applies at least one analysis model and at least one simulation model, it is possible to solve the problem of difficulty in early detection of defects or failures of the existing monitoring system, and and immediate response action, which has the effect of enabling recovery through simple minor maintenance rather than serious maintenance such as replacement of parts.
또한, 본 발명에 의하면, 펌프 베어링 시스템에 대한 디지털 트윈 3차원 모델 정보를 제공하여 조작 및 제어를 가능하게 하기 때문에, 운영자가 감시 대상 설비들의 구조와 동작상태 정보들을 손쉽게 인지할 수 있으며, 비정상 상태 발생 시 현상 파악과 분석 시간을 최소화시킬 수 있도록 하는 장점이 발생된다.In addition, according to the present invention, since the digital twin three-dimensional model information for the pump bearing system is provided to enable operation and control, the operator can easily recognize the structure and operation state information of the equipment to be monitored, and the abnormal state In case of occurrence, an advantage arises in that it is possible to minimize the time to identify and analyze the phenomenon.
도 1은 일반적인 수직형 대형 펌프 베어링 시스템의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 펌프 베어링 시스템의 디지털 트윈 기반 예측진단 장치의 블록 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 펌프 베어링 시스템의 디지털 트윈 기반 예측진단 장치를 구성하는 예측 및 진단 모듈의 블록 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 펌프 베어링 시스템의 디지털 트윈 기반 예측진단 장치를 구성하는 예측 및 진단 모듈의 분석부와 시뮬레이션부에 각각 포함된 모델 구성도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 펌프 베어링 시스템의 디지털 트윈 기반 예측진단 장치를 구성하는 예측 및 진단 모듈의 분석부에 포함된 데이터 기반 진단 모델을 통한 분석 예시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 펌프 베어링 시스템의 디지털 트윈 기반 예측진단 장치를 구성하는 예측 및 진단 모듈의 분석부에 포함된 머신러닝 진단 모델을 통한 분석 예시도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 펌프 베어링 시스템의 디지털 트윈 기반 예측진단 장치를 구성하는 예측 및 진단 모듈의 분석부에 포함된 규칙 기반 진단 모델을 통한 분석 예시도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 펌프 베어링 시스템의 디지털 트윈 기반 예측진단 장치를 구성하는 디지털 트윈 모델 처리 모듈의 블록 구성도이다.1 is a schematic cross-sectional view of a general vertical type large pump bearing system.
2 is a block diagram of a digital twin-based predictive diagnosis apparatus of a pump bearing system according to an embodiment of the present invention.
3 is a block diagram of a prediction and diagnosis module constituting a digital twin-based predictive diagnosis apparatus of a pump bearing system according to an embodiment of the present invention.
4 is a model configuration diagram respectively included in the analysis unit and the simulation unit of the prediction and diagnosis module constituting the digital twin-based predictive diagnosis apparatus of the pump bearing system according to the embodiment of the present invention.
5 is an exemplary diagram of analysis through a data-based diagnosis model included in the analysis unit of the prediction and diagnosis module constituting the digital twin-based predictive diagnosis apparatus of the pump bearing system according to the embodiment of the present invention.
6 is an exemplary diagram of analysis through a machine learning diagnostic model included in the analysis unit of the prediction and diagnosis module constituting the digital twin-based predictive diagnosis apparatus of the pump bearing system according to the embodiment of the present invention.
7 is an exemplary analysis diagram through a rule-based diagnosis model included in the analysis unit of the prediction and diagnosis module constituting the digital twin-based predictive diagnosis apparatus of the pump bearing system according to the embodiment of the present invention.
8 is a block diagram of a digital twin model processing module constituting a digital twin-based predictive diagnosis apparatus of a pump bearing system according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 상기와 같은 과제, 해결수단 및 효과를 가지는 본 발명인 펌프 베어링 시스템의 디지털 트윈 기반 예측진단 장치에 관한 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.Hereinafter, a preferred embodiment of a digital twin-based predictive diagnosis apparatus of a pump bearing system according to the present invention having the above problems, solutions and effects will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다. Since the present invention can apply various transformations and can have various embodiments, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. Effects and features of the present invention, and a method for achieving them will become apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below and may be implemented in various forms.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, and when described with reference to the drawings, the same or corresponding components are given the same reference numerals, and the overlapping description thereof will be omitted. .
이하의 실시예에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다. In the following embodiments, terms such as include or have means that the features or components described in the specification are present, and the possibility that one or more other features or components will be added is not excluded in advance.
도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.In the drawings, the size of the components may be exaggerated or reduced for convenience of description. For example, since the size and thickness of each component shown in the drawings are arbitrarily indicated for convenience of description, the present invention is not necessarily limited to the illustrated bar.
어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 동작 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들어, 연속하여 설명되는 두 동작이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 진행될 수 있다.In cases where certain embodiments may be implemented differently, a specific order of operations may be performed differently from the described order. For example, two operations described in succession may be performed substantially simultaneously, or may be performed in an order opposite to the described order.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 펌프 베어링 시스템의 디지털 트윈 기반 예측진단 장치의 블록 구성도이다.2 is a block diagram of a digital twin-based predictive diagnosis apparatus of a pump bearing system according to an embodiment of the present invention.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 펌프 베어링 시스템의 디지털 트윈 기반 예측진단 장치(100)는 감시/운전 데이터들을 수집하는 데이터 수집 모듈(10), 수집된 데이터를 저장 관리하고 다양한 연계 서버와 데이터 통신을 수행하는 데이터 처리 모듈(30), 예측진단 기초 정보 데이터와 적어도 하나의 모델을 이용하여 펌프 베어링 시스템에 관련된 예측 및 진단을 수행하는 예측 및 진단 모듈(50) 및 예측진단 결과 정보 데이터를 디지털 트윈 3D 모델에 연계 처리하여 시각화 처리를 통해 제공하는 디지털 트윈 모델 처리 모듈(70)을 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 2 , the digital twin-based
상기 데이터 수집 모듈(10)은 적어도 하나의 펌프 베어링 시스템의 감시 대상 설비들에 관한 감시/운전 데이터들을 수집하는 동작을 수행한다. 상기 데이터 수집 모듈(10)은 단지 하나의 펌프 베어링 시스템에 관련된 데이터들을 수집할 수도 있지만, 복수 개의 펌프 베어링 시스템에 관련된 데이터들을 수집한다. 따라서, 상기 데이터 수집 모듈(10)에 입력되는 감시/운전 데이터들은 해당 펌프 베어링 시스템 또는 이 펌프 베어링 시스템의 감시 대상 설비들의 고유 정보와 함께 입력되는 것이 바람직하다.The
상기 감시 대상 설비는 상기 펌프 베어링 시스템의 모든 구성품을 포함하는 것이 아니라, 베어링 결함 또는 손상에 밀접하게 영향을 미치는 베어링 세트, 윤활유 공급 장치 및 냉각수 공급 장치인 것이 바람직하다. 상기 베어링 세트, 윤활유 공급 장치 및 냉각수 공급 장치에는 상기 감시/운전 데이터들을 획득하기 위한 다양한 복수의 센서들이 배치 또는 장착된다.Preferably, the monitored equipment does not include all components of the pump bearing system, but rather a bearing set, a lubricant supply device and a coolant supply device that closely affect bearing defects or damage. A plurality of various sensors for acquiring the monitoring/operation data are disposed or mounted on the bearing set, the lubricant supply device and the coolant supply device.
상기 센서들은 상기 베어링 세트, 윤활유 공급장치 및 냉각수 공급 장치에 관련된 감시/운전 데이터들을 획득하고, 필요에 따라 데이터 변환/처리를 수행한 후 상기 데이터 수집 모듈(10)로 전송한다. 물론, 상기 센서들에서 획득된 감시/운전 데이터들은 별도의 센싱 데이터 수집 모듈(미도시)로 전송되어 통합된 후, 이 센싱 데이터 수집 모듈이 통합적으로 상기 베어링 세트, 윤활유 공급장치 및 냉각수 공급 장치에 관련된 감시/운전 데이터들을 상기 데이터 수집 모듈(10)로 네트워크 전송할 수 있도록 구성될 수도 있다.The sensors acquire monitoring/operation data related to the bearing set, the lubricant supply device and the coolant supply device, perform data conversion/processing as necessary, and then transmit the data to the
상기 데이터 수집 모듈(10)이 수집하는 상기 베어링 세트에 관한 감시/운전 데이터들은 상부 저널 베어링 온도, 하부 저널 베어링 온도, 쓰러스트 베어링 온도, 회전체 회전 속도 및 회전체 진동 데이터를 포함하는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 베어링 세트를 구성하는 저널 베어링, 쓰러스트 베어링 주변과 상기 베어링 세트에 의하여 지지되는 회전체 주변에는 상기 대응하는 감시/운전 데이터들을 센싱하기 위한 해당 센서들이 배치 또는 장착된다.It is preferable that the monitoring/operation data about the bearing set collected by the
상기 데이터 수집 모듈(10)이 수집하는 상기 윤활유 공급 장치에 관한 감시/운전 데이터들은 윤활유 온도, 윤활유 공급 압력, 윤활유 공급 유량, 윤활유 저장조 수위 및 필터 차압을 포함하는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 윤활유 공급 장치를 구성하는 부품 주변에는 상기 대응하는 감시/운전 데이터들을 센싱하기 위한 해당 센서들이 배치 또는 장착된다.The monitoring/operation data about the lubricating oil supply device collected by the
상기 데이터 수집 모듈(10)이 수집하는 상기 냉각수 공급 장치에 관한 감시/운전 데이터들은 냉각수 온도, 냉각수 공급 압력, 냉각수 공급 유량을 포함하는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 냉각수 공급 장치를 구성하는 부품 주변에는 상기 대응하는 감시/운전 데이터들을 센싱하기 위한 해당 센서들이 배치 또는 장착된다.The monitoring/operation data about the cooling water supply device collected by the
상기 데이터 수집 모듈(10)은 실시간으로 상기 베어링 세트, 윤활유 공급장치 및 냉각수 공급 장치에 관련된 감시/운전 데이터들을 입력받아 수집하는 동작 이외에, 본 발명에 따른 펌프 베어링 시스템의 디지털 트윈 기반 예측진단 장치와 별도로 기존에 구축되어 있는 감시 장치로부터 펌프 베어링 시스템 관련 데이터들을 전송받아 수집하는 동작을 수행할 수 있다.In addition to the operation of receiving and collecting monitoring/operation data related to the bearing set, the lubricant supply device and the coolant supply device in real time, the
상기 데이터 수집 모듈(10)에서 수집된 데이터, 구체적으로 실시간으로 수집된 상기 베어링 세트, 윤활유 공급장치 및 냉각수 공급 장치에 관련된 감시/운전 데이터들과 더 나아가 기존 감시 장치로부터 입력받은 펌프 베어링 시스템 관련 데이터들을 상기 데이터 처리 모듈(30)로 전달한다.Data collected from the
상기 데이터 처리 모듈(30)은 상기 데이터 수집 모듈(10)에 의해 수집된 데이터들을 저장 관리하고, 관련된 연계 서버와 데이터 통신을 수행하는 동작을 수행한다. 상기 데이터 처리 모듈(30)은 상기 데이터 수집 모듈(10)에 의해 수집된 데이터들을 저장 관리하기 위한 데이터베이스(31)(도 3에서 도면 부호 31로 표기됨)를 구비한다.The
상기 데이터 처리 모듈(30)은 주변의 관련된 연계 서버(미도시)와 데이터 통신을 수행하여 필요한 정보, 예를 들어 펌프 베어링 시스템에 관련된 다양한 정보 데이터들을 전송받아 상기 데이터베이스(31)에 저장 관리할 수도 있고, 필요에 따라 상기 관련된 연계 서버(미도시)의 운영을 제어할 수도 있다. 상기 연계 서버는 펌프 베어링 시스템과 주변 관련 장치들에 관련된 빅데이터 정보 데이터를 저장 관리하는 빅데이터 관리 서버 등이 포함될 수 있다.The
상기 데이터베이스(31)는 상기 실시간으로 수집되는 감시 대상 설비들에 관한 감시/운전 데이터들뿐만 아니라, 상기 데이터 수집 모듈(10)에서 추가로 전달되는 데이터들, 즉 기존에 구축되어 있는 감시 장치로부터 전달받은 펌프 베어링 시스템 관련 데이터들 또는/및 상기 데이터 처리 모듈(30)이 연계 서버로부터 전달받은 상기 펌프 베어링 시스템에 관련된 다양한 정보 데이터들에 포함되어 있는 관련 장치 운전 정보 데이터 및 기존 고장 이력 정보 데이터들을 포함하는 예측진단 기초 정보 데이터를 저장 관리한다.The
즉, 상기 데이터 처리 모듈(30)은 상기 데이터 수집 모듈(10)에서 수집한 감시 대상 설비들에 관한 감시/운전 데이터들, 관련 장치 운전 정보 데이터 및 기존 고장 이력 정보 데이터를 포함하는 예측진단 기초 정보 데이터를 저장 관리하는 데이터베이스(31)를 구비한다.That is, the
상기 데이터베이스(31)에 저장 관리되는 상기 데이터 수집 모듈(10)에서 수집한 감시 대상 설비들에 관한 감시/운전 데이터들, 관련 장치 운전 정보 데이터 및 기존 고장 이력 정보 데이터를 포함하는 예측진단 기초 정보 데이터는 상기 예측 및 진단 모듈(50)로 이력되어 분석 및 시뮬레이션을 위한 기초 정보 데이터로 활용된다.Predictive diagnosis basic information data including monitoring/operation data about the monitoring target facilities, related device operation information data, and existing failure history information data collected by the
상기 관련 장치 운전 정보 데이터는 펌프 베어링 시스템을 구성하는 다른 구성품 또는/및 펌프 베어링 시스템에 인접 배치되는 다른 관련 장치들에 관한 운전 정보 데이터를 의미한다. 또한, 상기 기존 고장 이력 정보 데이터는 상기 펌프 베어링 시스템의 감시 대상 설비들에 관련된 기존의 고장 이력에 관한 정보 데이터를 의미한다. 이들 데이터들은 상기 예측 및 진단 모듈(50)이 다양한 모델을 통해 펌프 베어링 시스템의 다양한 결함에 관한 예측 및 진단을 수행하기 위하여 요청된다.The related device operation information data means operating information data regarding other components constituting the pump bearing system and/or other related devices disposed adjacent to the pump bearing system. In addition, the existing failure history information data means information data on the existing failure history related to the monitoring target facilities of the pump bearing system. These data are requested in order for the prediction and
상기 예측 및 진단 모듈(50)은 상기 데이터 처리 모듈(30)로부터 입력받은 예측진단 기초 정보 데이터를 적어도 하나의 모델에 적용하는 분석 및 시뮬레이션 과정을 통해 펌프 베어링 시스템의 결함 예측 및 진단과 최적 운전조건 예측을 수행하는 동작을 수행한다.The prediction and
상기 예측 및 진단 모듈(50)은 상기 다양한 정보 데이터로 구성되는 상기 예측진단 기초 정보 데이터를 사전에 구축되어 저장 관리되는 적어도 하나의 모델을 이용하여 분석하고 시뮬레이션하여 펌프 베어링 시스템의 다양한 결함을 예측하고 진단함과 동시에 최적 운전조건을 예측하는 동작을 수행한다.The prediction and
이를 위한 상기 예측 및 진단 모듈(50)은 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 데이터 베이스(31)에서 입력되는 상기 예측진단 기초 정보 데이터를 적어도 하나의 모델을 통해 분석하는 분석부(51), 상기 데이터 베이스(31)에서 입력되는 상기 예측진단 기초 정보 데이터를 적어도 하나의 모델을 통해 시뮬레이션하는 시뮬레이션부(53) 및 상기 분석과 시뮬레이션 결과를 통해 통합적으로 상기 펌프 베어링 시스템의 결함을 예측하고 진단하는 동작을 수행하는 통합 예측 및 진단부(55)를 포함하여 구성된다.For this purpose, the prediction and
구체적으로, 상기 예측 및 진단 모듈(50)은 상기 예측진단 기초 정보 데이터를 적어도 하나의 모델에 적용하고 분석하여 펌프 베어링 시스템의 결함 발생 및 유형을 감지하는 동작을 수행하는 분석부(51), 상기 예측진단 기초 정보 데이터를 적어도 하나의 모델에 적용하고 시뮬레이션하여 펌프 베어링 시스템의 상태 변화를 예측하는 동작을 수행하는 시뮬레이션부(53) 및 상기 분석부(51)와 시뮬레이션부(53)의 수행 결과를 종합적으로 분석하여 결함 발생 진단, 결함 유형 진단, 결함 발생 원인 진단, 결함 발생 위치 식별, 결함 발생 예측 및 설비의 최적 운전조건 예측을 수행하는 통합 예측 및 진단부(55)를 포함하여 구성된다.Specifically, the prediction and
상기 분석부(51)에서 적용되는 모델들은 도 4에 도시된 바와 같이, 데이터 기반 진단 모델, 머신러닝 진단 모델, 규칙 기반 진단 모델 및 통계적 분석 모델을 포함한다. 상기 분석부(51)는 이들 모델 중 적어도 하나의 모델을 적용하여 상기 예측진단 기초 정보 데이터를 분석하여 펌프 베어링 시스템의 결함이 발생하였는지에 관한 결함 발생 여부를 감지하고 더 나아가 발생된 결함의 유형, 예를 들어 회전축 오정렬, 마찰 등의 결함 유형을 감지하는 동작을 수행한다.As shown in FIG. 4 , the models applied by the
상기 분석부(51)가 적용하는 모델 중, 상기 데이터 기반 진단 모델(Data-driven Diagnosis Model)은 펌프 베어링 시스템(베어링 세트, 관련 보조장치들(윤활유 공급장치 및 냉각수 공급장치))에서 문제가 발생하였는지 여부를 조기에 감지하기 위한 진단 모델이다. 따라서, 상기 분석부(51)는 이 데이터 기반 진단 모델을 통해 펌프 베어링 시스템의 결함 발생을 조기에 감지할 수 있다.Among the models applied by the
상기 데이터 기반 진단 모델은 펌프 베어링 시스템을 구성하는 베어링 세트와 관련 보조장치들을 감시하고 있는 각종 센서 측정 데이터들에 대해서 상관관계성(Correlation Method, 상관 값 0.6~0.7 이상)이 높은 변수들 또는 유전자 알고리즘(Genetic Algorithm)을 통해 최적화된 변수들을 그룹핑하여 생성된다. 이와 같이 생성된 데이터 기반 진단 모델은 도 5에 도시된 바와 같이, 허용 범위(Dynamic Band)를 형성할 수 있고, 여기에 상기 예측진단 기초 정보 데이터를 적용 분석하여 결함 발생을 조기에 감지할 수 있다.The data-based diagnostic model is a variable or genetic algorithm with high correlation (Correlation Method, correlation value of 0.6 to 0.7 or more) with respect to various sensor measurement data monitoring the bearing set constituting the pump bearing system and related auxiliary devices. It is created by grouping the optimized variables through (Genetic Algorithm). As shown in FIG. 5 , the generated data-based diagnostic model can form a dynamic band, and the occurrence of a defect can be detected early by applying and analyzing the predictive diagnostic basic information data. .
구체적으로, 상기 분석부(51)는 상기 데이터 기반 진단 모델을 이용하여, 펌프 베어링 시스템 운전 중 실제 센서 계측 값과 데이터 기반 진단 모델을 통해서 출력된 예측 값을 비교하여 잔차량(Residual)을 평가하고, 잔차량이 허용범위(Dynamic Band)를 이탈한 감시 변수들과 발생 시점을 조기(Threshold 도달 이전)에 검출하여 결함 발생을 조기에 감지할 수 있다.Specifically, the
또한, 상기 분석부(51)가 적용하는 모델 중, 상기 머신러닝 진단 모델(Machine Learning Diagnosis Model)은 회전체의 동적 거동 상태를 나타내는 진동 신호로부터 축의 오정렬 또는 설치 불량 등의 문제로 베어링 마모 등의 결함이 발생하였는지를 감지하기 위한 모델이다. 따라서, 상기 분석부(51)는 이 머신러닝 진단 모델을 통해 펌프 베어링 시스템의 결함 발생뿐만 아니라 결함 유형을 조기에 감지할 수 있다.In addition, among the models applied by the
상기 머신러닝 진단 모델은 진동 신호로부터 신호 특성을 대표하는 통계적 특징 변수들을 계산한 후 결함 식별에 용이한 특징량 정보들을 선정하고, SVM과 k-NN 및 LDA 등의 식별기를 이용하여 생성된다. 이와 같이 생성된 머신러닝 진단 모델을 이용하여 상기 분석부(51)는 도 6에 도시된 바와 같이, 펌프 운전 중 진동 센서에서 측정된 값을 이용하여 특징량을 계산한 후 상기 생성된 머신러닝 진단 모델에 입력하여 특징량이 정상상태 영역에 속하는지 결함상태 영역에 속하는지를 평가하여 결함 발생과 결함 유형을 검출할 수 있다.The machine learning diagnostic model is generated using SVM and identifiers such as k-NN and LDA after calculating statistical feature variables representing signal characteristics from vibration signals, selecting feature information that is easy to identify defects, and the like. As shown in FIG. 6 , the
또한, 상기 분석부(51)가 적용하는 모델 중, 상기 규칙 기반 진단 모델 (Rule-based Diagnosis Model)은 베어링을 포함한 회전체의 진동 상태와 관련 보조장치들의 운전상태 정보들을 기반으로 펌프 베어링 시스템의 고장원인분석(RCA) 결과에 따라 결함 진단용 규칙세트(Rule-set)들을 형성하여 생성된다(도 7 참조). 따라서, 상기 분석부(51)는 이 규칙 기반 진단 모델을 통해 펌프 베어링 시스템의 결함 발생뿐만 아니라 결함 유형을 조기에 감지할 수 있고, 더 나아가 결함 원인을 감지할 수도 있다.In addition, among the models applied by the
상기 분석부(51)는 도 7에 도시된 바와 같이, 펌프 운전 중 진동 신호 상태감시 변수와 관련 보조장치들의 운전 상태 정보들을 입력받은 후, 생성된 규칙 기반 진단 모델의 다수의 결함 진단용 규칙 세트들 중에서 해당 요건에 만족되는 상황이 발생한 경우를 평가하여 결함 발생과 유형 검출 및 결함 원인을 감지할 수 있다.As shown in FIG. 7 , the
또한, 상기 분석부(51)가 적용하는 모델 중, 상기 통계적 분석 모델은 사전에 형성되어 구축된 통계적 챠트 데이터 모델에 해당한다. 상기 분석부(51)는 펌프 운전 중 진동 신호 상태감시 변수와 관련 보조장치들의 운전 상태 정보들을 입력받은 후, 상기 통계적 분석 모델에 해당하는 통계적 챠트와 비교 분석하여 펌프 베어링 시스템의 비정상, 결함 발생을 조기에 검출할 수 있다.In addition, among the models applied by the
한편, 상기 시뮬레이션부(53)에서 적용되는 모델들은 도 5에 도시된 바와 같이, 데이터 모델, 물리적 모델, 하이브리드 모델을 포함한다. 상기 시뮬레이션부(53)는 이들 모델 중 적어도 하나의 모델을 적용하여 상기 예측진단 기초 정보 데이터를 분석하여 펌프 베어링 시스템의 상태 변화를 추적 및 예측하는 동작을 수행한다. 이를 통해 펌프 베어링 시스템 또는 이를 구성하는 감시 대상 설비들의 결함 발생을 예측할 수 있고, 더 나아가 감시 대상 설비들의 최적 운전조건을 추적 및 예측할 수 있다.Meanwhile, as shown in FIG. 5 , the models applied by the
상기 시뮬레이션부(53)가 적용하는 모델 중, 상기 데이터 모델은 펌프 베어링 시스템의 감시 및 운전 변수들의 상관관계 정보를 기반으로 생성된 모델이나 배관 계통의 유체역학적 관계식을 기반으로 생성된 모델에 해당하고, 상기 시뮬레이션부(53)는 입력 변수의 조건 변화에 따라 출력 변수의 상태 변화를 예측하여 펌프 베어링 시스템의 운전 상태를 예측하거나 감시 대상 설비들의 최적 운전조건을 추적 또는 예측할 수 있다.Among the models applied by the
상기 시뮬레이션부(53)가 적용하는 모델 중, 상기 물리적 모델은 펌프 베어링 시스템의 구조와 관계를 나타내는 역학적 관계를 기반으로 생성된 모델이며, 입력 변수의 조건에 따라 출력 변수의 상태 변화를 예측하여 펌프 베어링 시스템의 운전 상태를 예측하거나 감시 대상 설비들의 최적 운전조건 추적 또는 예측을 수행할 수 있다. 상기 상기 생성된 물리적 모델 검증은 통계적 가설검정(Hypothesis test) 또는 베이지안 기법(Bayesian method)을 적용한다.Among the models applied by the
상기 시뮬레이션부(53)가 적용하는 모델 중, 상기 하이브리드 모델은 상기 물리적 모델과 상기 데이터 모델의 혼합하여 사용하는 방법으로, 데이터 모델의 운영 범위 제약성과 물리적 모델의 개발 어려움 등의 단점들을 보완하여 생성된 모델에 해당한다.Among the models applied by the
상기 분석부(51)의 적어도 하나의 모델을 통한 분석 수행 결과와 상기 시뮬레이션부(53)의 적어도 하나의 모델을 통한 시뮬레이션 수행 결과는 상기 통합 예측 및 진단부(55)로 전달되고, 상기 통합 예측 및 진단부(55)는 상기 수행 결과들을 종합적으로 분석하여 최종 결함에 관련된 다양한 진단 및 예측을 수행한다.The results of the analysis performed through the at least one model of the
즉, 상기 통합 예측 및 진단부(55)는 상기 분석부(51)와 시뮬레이션부(53)의 수행 결과를 종합적으로 분석하여 결함 발생 진단, 결함 유형 진단, 결함 발생 원인 진단, 결함 발생 위치 식별, 결함 발생 예측 및 설비의 최적 운전조건 예측을 수행한다.That is, the integrated prediction and
상기 결함 발생 진단은 상기 펌프 베어링 시스템 또는 이들을 구성하는 감시 대상 설비들에 결함이 발생했는지에 대한 진단이고, 상기 결함 유형 진단은 발생된 결함이 질량 불평형(Unbalance), 오정렬(Misalignment), 축 크랙(Shaft Crack), 접촉 마모(Rubbing) 및 풀림(Looseness) 중 어느 유형에 해당하는지에 대한 진단이고, 결함 발생 원인 진단은 결함 발생의 주 원인(예를 들어, 윤활유 온도 상승 등)이 무엇인지에 대한 진단이고, 결함 발생 위치 식별은 결함이 발생한 위치에 대한 식별이고, 결함 발생 예측은 결함이 곧 발생할 것인지 및 발생할 시점이 언제인지에 대한 예측이며, 설비의 최적 운전조건 예측은 감시 대상 설비들이 고장 없이 정상적으로 동작될 수 있는 운전 조건에 대한 예측 또는 추적을 의미한다.The fault occurrence diagnosis is a diagnosis of whether a fault has occurred in the pump bearing system or the equipment to be monitored constituting them, and the fault type diagnosis is a diagnosis of whether the generated fault is mass unbalance, misalignment, shaft crack ( Shaft crack), contact wear (rubbing), and looseness (looseness) is a diagnosis for which type, and the diagnosis of the cause of a defect is a diagnosis of what is the main cause of the defect (e.g., an increase in lubricating oil temperature). Diagnosis, fault location identification is identification of the location where a fault has occurred, fault occurrence prediction is a prediction of whether a fault will occur soon and when it will occur, and prediction of optimal operating conditions of a facility is It means prediction or tracking of driving conditions that can be operated normally.
상기 통합 예측 및 진단부(55)는 통합 진단 모델을 생성하여 적용할 수 있다. 상기 통합 진단 모델은 상술한 다양한 모델들의 수행 결과들을 종합적으로 분석하여 결함 발생과 유형을 조기에 진단하고, 결함 원인과 발생 위치를 최종적으로 식별해주는 종합적인 진단 모델에 해당한다. 상기 통합 진단 모델은 다양한 모델들 중 어느 하나를 적용할 수 있는데, 본 발명에서는 앙상블(Ensemble) 기법을 채택 적용한다. 상기 앙상블 기법은 다수의 진단 모델 결과들을 종합하여 최종적인 의사결정을 수행하는 우수한 기법이다. 물론 다른 유사 모델들이 적용 가능하다.The integrated prediction and
상기 통합 예측 및 진단부(55)가 상기 분석부(51)와 시뮬레이션부(53)의 수행 결과를 종합적으로 분석하여 수행한 결과에 해당하는 결함 발생 진단, 결함 유형 진단, 결함 발생 원인 진단, 결함 발생 위치 식별, 결함 발생 예측 및 설비의 최적 운전조건 예측, 즉 예측진단 결과 정보 데이터들은 상기 디지털 트윈 모델 처리 모듈(70)로 전달된다 그러면, 상기 디지털 트윈 모델 처리 모듈(70)은 이 데이터들을 특정 디지털 트윈 3D 모델에 적용하고 시각화 처리하여 사용자 또는 관리자에게 제공하는 동작을 수행한다.The integrated prediction and
즉, 상기 디지털 트윈 모델 처리 모듈(70)은 상기 예측 및 진단 모듈(50)로부터 입력되는 예측진단 결과 정보 데이터를 디지털 트윈 3D 모델에 연계 처리하여 시각화를 통해 제공하는 동작을 수행한다.That is, the digital twin
상기 디지털 트윈 모델 처리 모듈(70)은 복수의 디지털 트윈 3D 모델 중, 어느 하나를 선택하고, 이에 상기 예측진단 결과 정보 데이터를 연계하여 디지털 객체를 생성하여 디지털 트윈 3D 모델로 시각화 제공하는 동작을 수행한다. 상기 디지털 트윈 3D 모델로 시각화 처리되어 제공되는 정보 데이터는 상기 예측진단 결과 정보 데이터뿐만 아니라 실시간으로 수집되는 데이터, 즉 상기 감시 대상 설비들에 관한 감시/운전 데이터들을 포함한다. 따라서, 상기 예측 및 진단 모듈(60)은 상기 예측진단 결과 정보 데이터와 상기 감시 대상 설비들에 관한 감시/운전 데이터들을 함께 상기 디지털 트윈 모델 처리 모듈(70)에 전달하고, 더 나아가 이들 데이터들에 관련된 펌프 베어링 시스템 또는 이들을 구성하는 감시 대상 설비들의 고유 정보 데이터를 함께 전달한다.The digital twin
상기 디지털 트윈 3D 모델은 펌프 베어링 시스템의 물리적 시스템의 구조와 작동을 나타내는 데이터와 정보의 조합으로 시스템의 현재 상태를 진단하고, 결함 발생과 설비의 최적 운전상태를 예측할 수 있는 디지털 객체이다. The digital twin 3D model is a digital object that can diagnose the current state of the system by combining data and information representing the structure and operation of the physical system of the pump bearing system, and predict the occurrence of faults and the optimal operating state of the equipment.
상기 디지털 트윈 모델 처리 모듈(70)은 도 8에 도시된 바와 같이, 디지털 트윈 제어부(71), 모델/콘텐츠 저장부(73), 디지털 객체 생성부(75) 및 HMI/시각화 처리부(77)를 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 8, the digital twin
상기 디지털 트윈 제어부(71)는 상기 예측진단 결과 정보 데이터들과 상기 감시 대상 설비들에 관한 감시/운전 데이터들을 입력받고, 더 나아가 이들 데이터들에 관련된 펌프 베어링 시스템 또는 이들을 구성하는 감시 대상 설비들의 고유 정보 데이터를 입력받는다.The digital
그러면, 상기 디지털 트윈 제어부(71)는 입력받은 정보 데이터들을 기반하여 상기 모델/콘텐츠 저장부(73)에 저장 관리되는 복수의 디지털 트윈 3D 모델 중 적어도 하나와 복수의 시각화 콘텐츠 중 적어도 하나를 선택하여 상기 디지털 객체 생성부(75)로 전달되도록 한다. 그리고, 상기 디지털 트윈 제어부(71)는 상기 입력받은 상기 예측진단 결과 정보 데이터들과 상기 감시 대상 설비들에 관한 감시/운전 데이터들을 상기 디지털 객체 생성부(75)로 전달한다.Then, the digital
상기 모델/콘텐츠 저장부(73)는 상기 예측진단 결과 정보 데이터들과 상기 감시 대상 설비들에 관한 감시/운전 데이터들이 3D 모델을 통해 시각화 처리될 수 있도록, 다양한 디지털 트윈 3D 모델과 다양한 시각화 콘텐츠를 저장 관리한다. 상기 모델/콘텐츠 저장부(73)는 각각의 펌프 베어링 시스템 또는 이들을 구성하는 감시 대상 설비에 대응하는 적어도 하나의 디지털 트윈 3D 모델을 저장 관리할 수 있고, 상기 예측진단 결과 정보 데이터들과 상기 감시 대상 설비들에 관한 감시/운전 데이터들 각각에 대응하는 적어도 하나의 시각화 콘텐츠를 저장 관리할 수 있다.The model/
상기 디지털 트윈 제어부(71)는 상기 예측 및 진단 모듈(50)로부터 전달되는 고유 정보 데이터를 포함한 데이터들을 분석하여 대응하는 디지털 트윈 3D 모델과 적어도 하나의 시각화 콘텐츠를 선정할 수 있다. 상기 디지털 트윈 제어부(71)는 상기 선정한 디지털 트윈 3D 모델과 적어도 하나의 시각화 콘텐츠를 상기 모델/콘텐츠 저장부(73)로부터 상기 디지털 객체 생성부(75)로 전달되도록 제어한다.The digital
상기 디지털 객체 생성부(75)는 상기 전달받은 디지털 트윈 3D 모델과 적어도 하나의 시각화 콘텐츠에 상기 디지털 트윈 제어부(71)로부터 전달받은 데이터들, 즉 상기 예측진단 결과 정보 데이터들과 상기 감시 대상 설비들에 관한 감시/운전 데이터들을 연계 처리시키고, 이를 상기 HMI/시각화 처리부(77)에 제공해주는 동작을 수행한다.The digital
상기 HMI/시각화 처리부(77)는 디지털 트윈 3D 모델에서 제공된 적어도 하나의 시각화 콘텐츠들을 사용자에게 제공하는 동작을 수행한다. 상기 HMI/시각화 처리부(77)는 펌프 베어링 시스템의 3D 모델 기반 운전 및 결함 조기 진단 정보를 시각화 처리하여 제공하고, 펌프 베어링 시스템의 3D 모델 기반 시뮬레이션 정보를 시각화 처리하여 제공하고, 3D 모델 기반 조작 및 제어를 통한 펌프 베어링 시스템 구조 분석을 시각화 처리하여 제공하며, 더 나아가 사용자 신호 분석 화면 제공으로 고장 원인 추적 기능 제공할 수 있다.The HMI/
상기 디지털 트윈 모델 처리 모듈(70)은 단순 그래프와 수치적인 정보들만을 제공하는 기존 감시시스템이 가진 정보 제공의 한계성을 획기적으로 개선시킬 수 있다. 특히, 펌프 베어링 시스템에 대한 3차원 모델 정보를 제공하여 조작 및 제어를 가능하게 함으로써 운영자가 감시대상 설비들의 구조와 동작상태 정보들을 용이하게 인지할 수 있으며, 비정상상태 발생 시 현상 파악과 분석 시간을 최소화시킬 수 있도록 해주는 장점을 가지고 있다. The digital twin
이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.Although the embodiments according to the present invention have been described above, these are merely exemplary, and those of ordinary skill in the art will understand that various modifications and equivalent ranges of embodiments are possible therefrom. Accordingly, the true technical protection scope of the present invention should be defined by the following claims.
1 : 펌프 베어링 시스템 3 : 베어링 세트
5 : 윤활유 공급장치 7 : 냉각수 공급장치
10 : 데이터 수집 모듈 30 : 데이터 처리 모듈
31 : 데이터베이스 50 : 예측 및 진단 모듈
51 : 분석부 53 : 시뮬레이션부
55 : 통합 예측 및 진단부 70 : 디지털 트윈 모델 처리 모듈
71 : 디지털 트윈 제어부 73 : 모델/콘텐츠 저장부
75 : 디지털 객체 생성부 77 : HMI/시각화 처리부
100 : 펌프 베어링 시스템의 디지털 트윈 기반 예측진단 장치1: Pump bearing system 3: Bearing set
5: Lubricating oil supply device 7: Cooling water supply device
10: data collection module 30: data processing module
31: database 50: predictive and diagnostic module
51: analysis unit 53: simulation unit
55: integrated prediction and diagnosis unit 70: digital twin model processing module
71: digital twin control unit 73: model/content storage unit
75: digital object creation unit 77: HMI/visualization processing unit
100: Digital twin-based predictive diagnosis device of pump bearing system
Claims (3)
상기 감시 대상 설비는 상기 펌프 베어링 시스템의 베어링 결함 또는 손상에 밀접하게 영향을 미치는 베어링 세트, 윤활유 공급 장치 및 냉각수 공급 장치이고,
상기 데이터 수집 모듈이 수집하는 상기 베어링 세트에 관한 감시/운전 데이터들은 상부 저널 베어링 온도, 하부 저널 베어링 온도, 쓰러스트 베어링 온도, 회전체 회전 속도 및 회전체 진동 데이터를 포함하고, 상기 데이터 수집 모듈이 수집하는 상기 윤활유 공급 장치에 관한 감시/운전 데이터들은 윤활유 온도, 윤활유 공급 압력, 윤활유 공급 유량, 윤활유 저장조 수위 및 필터 차압을 포함하고, 상기 데이터 수집 모듈이 수집하는 상기 냉각수 공급 장치에 관한 감시/운전 데이터들은 냉각수 온도, 냉각수 공급 압력, 냉각수 공급 유량을 포함하며,
상기 데이터 처리 모듈은 상기 데이터 수집 모듈에서 수집한 감시 대상 설비들에 관한 감시/운전 데이터들, 관련 장치 운전 정보 데이터 및 기존 고장 이력 정보 데이터를 포함하는 예측진단 기초 정보 데이터를 저장 관리하는 데이터베이스를 구비하고,
상기 예측 및 진단 모듈은 상기 예측진단 기초 정보 데이터를 적어도 하나의 모델에 적용하고 분석하여 펌프 베어링 시스템의 결함 발생 및 유형을 감지하는 동작을 수행하는 분석부, 상기 예측진단 기초 정보 데이터를 적어도 하나의 모델에 적용하고 시뮬레이션하여 펌프 베어링 시스템의 상태 변화를 예측하는 동작을 수행하는 시뮬레이션부 및 상기 분석부와 시뮬레이션부의 수행 결과를 종합적으로 분석하여 결함 발생 진단, 결함 유형 진단, 결함 발생 원인 진단, 결함 발생 위치 식별, 결함 발생 예측 및 설비의 최적 운전조건 예측을 수행하는 통합 예측 및 진단부를 포함하며,
상기 시뮬레이션부에서 적용되는 모델들은 데이터 모델, 물리적 모델, 하이브리드 모델을 포함하고, 상기 시뮬레이션부는 이들 모델 중 적어도 하나의 모델을 통해 상기 예측진단 기초 정보 데이터를 분석하여 펌프 베어링 시스템 또는 이를 구성하는 감시 대상 설비들의 결함 발생을 예측하고 감시 대상 설비들의 최적 운전조건을 추적 및 예측하며,
상기 결함 발생 원인 진단은 결함 발생의 주 원인이 무엇인지에 대한 진단이고, 결함 발생 위치 식별은 결함이 발생한 위치에 대한 식별이고, 결함 발생 예측은 결함이 곧 발생할 것인지 및 발생할 시점이 언제인지에 대한 예측이며, 설비의 최적 운전조건 예측은 감시 대상 설비들이 고장 없이 정상적으로 동작될 수 있는 운전 조건에 대한 예측 또는 추적을 의미하고,
상기 디지털 트윈 모델 처리 모듈은 디지털 트윈 제어부, 모델/콘텐츠 저장부, 디지털 객체 생성부 및 HMI/시각화 처리부를 포함하여 구성되되,
상기 디지털 트윈 제어부는 입력받은 정보 데이터들을 기반하여 상기 모델/콘텐츠 저장부에 저장 관리되는 복수의 디지털 트윈 3D 모델 중 적어도 하나와 복수의 시각화 콘텐츠 중 적어도 하나를 선택하여 상기 디지털 객체 생성부로 전달되도록 하고, 상기 입력받은 예측진단 결과 정보 데이터들과 상기 감시 대상 설비들에 관한 감시/운전 데이터들을 상기 디지털 객체 생성부로 전달하며,
상기 모델/콘텐츠 저장부는 각각의 펌프 베어링 시스템 또는 이들을 구성하는 감시 대상 설비에 대응하는 적어도 하나의 디지털 트윈 3D 모델을 저장 관리하고, 상기 예측진단 결과 정보 데이터들과 상기 감시 대상 설비들에 관한 감시/운전 데이터들 각각에 대응하는 적어도 하나의 시각화 콘텐츠를 저장 관리하며,
상기 디지털 객체 생성부는 상기 전달받은 디지털 트윈 3D 모델과 적어도 하나의 시각화 콘텐츠에 상기 디지털 트윈 제어부로부터 전달받은 상기 예측진단 결과 정보 데이터들과 상기 감시 대상 설비들에 관한 감시/운전 데이터들을 연계 처리시키고, 이를 상기 HMI/시각화 처리부에 제공해주는 동작을 수행하고,
상기 HMI/시각화 처리부는 펌프 베어링 시스템의 3D 모델 기반 운전 및 결함 조기 진단 정보를 시각화 처리하여 제공하고, 펌프 베어링 시스템의 3D 모델 기반 시뮬레이션 정보를 시각화 처리하여 제공하고, 3D 모델 기반 조작 및 제어를 통한 펌프 베어링 시스템 구조 분석을 시각화 처리하여 제공하는 것을 특징으로 하는 펌프 베어링 시스템의 디지털 트윈 기반 예측진단 장치.
a data collection module that collects monitoring/operation data related to monitoring target facilities of at least one pump bearing system; a data processing module that stores and manages the data collected by the data collection module and performs data communication with an associated server; a prediction and diagnosis module for predicting and diagnosing defects of the pump bearing system and predicting optimal operating conditions through an analysis and simulation process of applying the predictive diagnosis basic information data received from the data processing module to at least one model; It comprises a digital twin model processing module that provides through visualization by linking and processing the predictive diagnosis result information data input from the prediction and diagnosis module to the digital twin 3D model,
The equipment to be monitored is a bearing set, a lubricating oil supply device and a coolant supply device, which closely affect the bearing failure or damage of the pump bearing system;
The monitoring/operation data about the bearing set collected by the data collection module includes upper journal bearing temperature, lower journal bearing temperature, thrust bearing temperature, rotating body rotation speed and rotating body vibration data, and the data collecting module is Monitoring/operation data related to the lubricating oil supply device that is collected includes lubricating oil temperature, lubricating oil supply pressure, lubricating oil supply flow rate, lubricating oil storage tank level and filter differential pressure, and monitoring/operation of the cooling water supply device collected by the data collection module The data include coolant temperature, coolant supply pressure, coolant supply flow rate,
The data processing module has a database for storing and managing predictive diagnosis basic information data including monitoring/operation data on the monitoring target facilities collected by the data collection module, related device operation information data, and existing failure history information data do,
The prediction and diagnosis module includes an analysis unit that applies and analyzes the predictive diagnosis basic information data to at least one model to detect the occurrence and type of a defect in the pump bearing system, and collects the predictive diagnosis basic information data into at least one A simulation unit that performs an operation to predict the state change of the pump bearing system by applying it to the model and comprehensively analyzing the results of the analysis unit and the simulation unit to diagnose fault occurrence, fault type diagnosis, fault cause diagnosis, fault occurrence It includes an integrated prediction and diagnosis unit that identifies the location, predicts the occurrence of defects, and predicts the optimal operating conditions of the facility,
The models applied in the simulation unit include a data model, a physical model, and a hybrid model, and the simulation unit analyzes the predictive diagnosis basic information data through at least one model among these models to analyze the pump bearing system or a monitoring target constituting the same. Predict the occurrence of defects in facilities and track and predict the optimal operating conditions of the facilities to be monitored,
The diagnosis of the cause of the defect is a diagnosis of what is the main cause of the occurrence of the defect, the identification of the location of the defect is the identification of the location where the defect has occurred, and the prediction of the occurrence of the defect is the diagnosis of whether the defect will occur soon and when it will occur. Prediction of optimal operating conditions of facilities means prediction or tracking of operating conditions under which monitoring target facilities can operate normally without failure,
The digital twin model processing module is configured to include a digital twin control unit, a model/content storage unit, a digital object generation unit, and an HMI/visualization processing unit,
The digital twin control unit selects at least one of a plurality of digital twin 3D models stored and managed in the model/content storage unit and at least one of a plurality of visualization contents based on the received information data and transmits it to the digital object generation unit, , transmits the received predictive diagnosis result information data and monitoring/operation data on the monitoring target facilities to the digital object generator,
The model/content storage unit stores and manages at least one digital twin 3D model corresponding to each pump bearing system or a monitoring target facility constituting them, and monitors/manages the predictive diagnosis result information data and the monitoring target facilities Storing and managing at least one visualization content corresponding to each of the driving data,
The digital object generating unit links the received digital twin 3D model and at least one visualization content with the predictive diagnosis result information data transmitted from the digital twin control unit and the monitoring/operation data regarding the facilities to be monitored, An operation is performed to provide this to the HMI/visualization processing unit,
The HMI/visualization processing unit visualizes and provides 3D model-based operation and fault early diagnosis information of the pump bearing system, visualizes and provides 3D model-based simulation information of the pump bearing system, and provides 3D model-based operation and control A digital twin-based predictive diagnostic device for a pump bearing system, characterized in that it provides visualization of the structure analysis of the pump bearing system.
상기 감시 대상 설비는 베어링 세트, 윤활유 공급 장치 및 냉각수 공급 장치인 것을 특징으로 하는 펌프 베어링 시스템의 디지털 트윈 기반 예측진단 장치.
The method according to claim 1,
The monitoring target equipment is a digital twin-based predictive diagnosis device for a pump bearing system, characterized in that it is a bearing set, a lubricant supply device, and a coolant supply device.
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