[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

RU2795745C1 - Sensor-independent machine fault identification - Google Patents

Sensor-independent machine fault identification Download PDF

Info

Publication number
RU2795745C1
RU2795745C1 RU2022103859A RU2022103859A RU2795745C1 RU 2795745 C1 RU2795745 C1 RU 2795745C1 RU 2022103859 A RU2022103859 A RU 2022103859A RU 2022103859 A RU2022103859 A RU 2022103859A RU 2795745 C1 RU2795745 C1 RU 2795745C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sensors
signals
classifier
machine tools
data
Prior art date
Application number
RU2022103859A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Ори НЕГРИ
Кристофер БЕТЕЛ
Даниэль БАРСКИ
Галь БЕН-ХАИМ
Галь ШАУЛЬ
Саар ЙОСКОВИЦ
Original Assignee
Аугури Системс Лтд.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Аугури Системс Лтд. filed Critical Аугури Системс Лтд.
Application granted granted Critical
Publication of RU2795745C1 publication Critical patent/RU2795745C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: monitoring machine tools.
SUBSTANCE: invention is related in particular to identification of faults in machine tools by monitoring them. A method for identifying a malfunction of at least one machine tool includes configuring the first plurality of sensors connected to the corresponding first plurality of machine tools to receive the first plurality of signal sets emanating from the first plurality of machine tools, the first plurality of machine tools having at least one common characteristic, supplying at least the first plurality of sets of signals of the first plurality of machine tools to an existing fault classifier, previously trained with the possibility of automatically identifying faults of the second plurality of machine tools based on signals emanating from them and previously received by the second plurality of sensors, the second plurality of sensors is of a different type than the first plurality of sensors, the second plurality of machine tools has at least one said common characteristic, modification of the specified existing fault classifier by using transfer learning based on at least the first plurality of signal sets of the first plurality of machine tools, thereby providing a modified fault classifier, applying the modified fault classifier to at least one additional set of signals received by at least one sensor from the first plurality of sensors and coming from at least one given machine tool having at least one said common characteristic, wherein the modified fault classifier is configured to automatically identify at least one fault of at least one given machine tool based on at least one said additional set of signals, and provide human readable output data using an output device containing at least an identification of malfunction of at least one said given machine tool, and at least one repair or maintenance operation is performed based on human readable output data.
EFFECT: solving the problem of limited use of a fault classifier trained on data received from sensors of a certain type or types, for classifying signals received from sensors of different types or types, due to differences in the characteristics of the sensors, providing the possibility of transferring learning to match between the original type of sensor, on the basis of which the existing classifier was trained, and new different type of sensors, from which new data are obtained that require classification.
24 cl, 11 dwg

Description

РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИRELATED APPLICATIONS

Настоящим выполнена ссылка на предварительную заявку на патент США № 62/895,247, озаглавленную «СИСТЕМЫ И СПОСОБЫ МНОГОДАТИЧКОВОГО СООТВЕТСТВИЯ ДЛЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ МАШИННОЙ ДИАГНОСТИКИ» от 3 сентября 2019 г., раскрытие которой настоящим включено посредством ссылки, и приоритет которой настоящим заявлен в соответствии с 37 CFR 1.78(a)(4) и (5)(i).Reference is hereby made to U.S. Provisional Application No. 62/895,247 entitled "MULTI-SENSOR COMPLIANCE SYSTEMS AND METHODS FOR AUTOMATED MACHINE DIAGNOSIS", dated September 3, 2019, the disclosure of which is hereby incorporated by reference and priority hereby claimed under 37 CFR 1.78(a)(4) and (5)(i).

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY

Настоящее изобретение в целом относится к отслеживанию механических станков и, в частности, к идентификации неисправностей механических станков посредством их отслеживания.The present invention relates generally to the monitoring of machine tools, and in particular to the identification of faults in machine tools by tracking them.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND OF THE INVENTION

В данной области техники известны различные системы и способы идентификации неисправностей механических станков.Various systems and methods for identifying faults in machine tools are known in the art.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯDISCLOSURE OF THE INVENTION

Настоящее изобретение направлено на предложение новых систем и способов использования переноса обучения между датчиками различных типов, отслеживающих сигналы, исходящие от механических станков, с целью идентификации неисправностей и технического обслуживания отслеживаемых механических станков.The present invention is directed to providing new systems and methods for using transfer learning between various types of sensors that monitor signals from machine tools for the purpose of identifying faults and maintaining the monitored machine tools.

Таким образом, в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения предложен способ идентификации неисправности по меньшей мере одного механического станка, включающий обеспечение получения первым множеством датчиков, соединенных с соответствующим первым множеством механических станков, первого множества наборов сигналов, исходящих от первого множества механических станков, причем первое множество механических станков имеет по меньшей мере одну общую характеристику, подачу по меньшей мере первого множества наборов сигналов первого множества механических станков на существующий классификатор неисправностей, предварительно обученный с возможностью автоматической идентификации неисправностей второго множества механических станков на основе сигналов, исходящих от них и предварительно полученных вторым множеством датчиков, причем второе множество датчиков относится к другому типу, чем первое множество датчиков, второе множество механических станков имеет указанную по меньшей мере одну общую характеристику, модификацию указанного существующего классификатора неисправностей посредством использования переноса обучения на основе по меньшей мере первого множества наборов сигналов первого множества механических станков, тем самым обеспечивая модифицированный классификатор неисправностей, применение модифицированного классификатора неисправностей по меньшей мере к одному дополнительному набору сигналов, получаемых по меньшей мере одним датчиком из первого множества датчиков и исходящих по меньшей мере от одного заданного механического станка, имеющего указанную по меньшей мере одну общую характеристику, причем модифицированный классификатор неисправностей выполнен с возможностью автоматической идентификации по меньшей мере одной неисправности по меньшей мере одного заданного механического станка на основе указанного по меньшей мере одного дополнительного набора сигналов, и предоставления воспринимаемых человеком выходных данных с помощью устройства вывода, содержащих по меньшей мере идентификацию неисправности указанного по меньшей мере одного заданного механического станка, по меньшей мере одной операции по ремонту или техническому обслуживанию, выполняемой на основе воспринимаемых человеком выходных данных.Thus, in accordance with a preferred embodiment of the present invention, there is provided a method for identifying a malfunction of at least one machine tool, comprising causing a first plurality of sensors connected to a respective first plurality of machine tools to receive a first plurality of signal sets emanating from the first plurality of machine tools, wherein the first plurality of machine tools has at least one common characteristic, the supply of at least the first plurality of sets of signals of the first plurality of machine tools to an existing fault classifier, previously trained to automatically identify faults of the second plurality of machine tools based on signals emanating from them and previously received a second set of sensors, the second set of sensors being of a different type than the first set of sensors, the second set of machine tools having said at least one common characteristic, modifying said existing fault classifier by using transfer learning based on at least the first set of signal sets of the first a plurality of machine tools, thereby providing a modified fault classifier, applying the modified fault classifier to at least one additional set of signals received by at least one sensor from the first set of sensors and originating from at least one given machine tool having the specified at least one general characteristic, wherein the modified fault classifier is configured to automatically identify at least one fault of at least one given machine tool based on said at least one additional set of signals, and provide human-perceptible output data using an output device containing at least as identifying a malfunction of said at least one predetermined machine tool, of at least one repair or maintenance operation performed based on human-perceptible output data.

В соответствии с одним предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения способ также включает следующие этапы: обеспечение получения первым множеством датчиков первого множества наборов сигналов и перед подачей первого множества наборов сигналов на существующий классификатор неисправностей: получение первого множества наборов данных о рабочем состоянии для механических станков из первого множества механических станков, причем каждый набор данных о рабочем состоянии указывает на рабочее состояние механического станка из первого множества механических станков, каждое рабочее состояние связано по меньшей мере с одним из указанных наборов сигналов, указанная подача по меньшей мере первого множества наборов сигналов на существующий классификатор неисправностей также включает подачу указанных данных о рабочем состоянии первого множества механических станков на существующий классификатор неисправностей, указанная модификация существующего классификатора неисправностей посредством применения переноса обучения на основе по меньшей мере первого множества наборов сигналов также включает модификацию существующего классификатора неисправностей посредством применения переноса обучения дополнительно на основе первого множества наборов данных о рабочем состоянии первого множества механических станков.In accordance with one preferred embodiment of the present invention, the method also includes the following steps: causing the first set of sensors to receive the first set of signal sets and before applying the first set of signal sets to the existing fault classifier: obtaining the first set of operating data sets for machine tools from the first set of machine tools, wherein each set of operating state data indicates an operating state of a machine tool from a first set of machine tools, each operating state is associated with at least one of said signal sets, said supply of at least the first set of signal sets to an existing fault classifier also includes supplying said operating state data of the first set of machine tools to the existing fault classifier, said modification of the existing fault classifier by applying transfer learning based on at least the first set of signal sets also includes modifying the existing fault classifier by applying transfer learning further based on the first set of sets operating status data of the first plurality of machine tools.

Предпочтительно, идентификация неисправности включает идентификацию конкретной неисправности указанного по меньшей мере одного заданного механического станка и прогнозирование отказа указанного по меньшей мере одного заданного механического станка вследствие указанной конкретной неисправности при отсутствии выполнения рекомендованной операции по его техническому обслуживанию, такой что указанный по меньшей мере один заданный механический станок действительно выйдет из строя при отсутствии выполнения рекомендованной операции по техническому обслуживанию.Preferably, identifying the failure includes identifying a specific failure of said at least one given machine tool and predicting failure of said at least one given machine tool due to said specific failure in the absence of a recommended maintenance operation on it, such that said at least one given machine tool the machine will indeed fail if the recommended maintenance operation is not performed.

Предпочтительно, существующий классификатор неисправностей содержит нейронную сеть, а модификация существующего классификатора неисправностей включает добавление в нейронную сеть по меньшей мере одного слоя соответствия, причем помимо добавления указанного по меньшей мере одного слоя соответствия, нейронная сеть в остальном является немодифицированной посредством указанной модификации.Preferably, the existing fault classifier comprises a neural network, and the modification of the existing fault classifier comprises adding at least one matching layer to the neural network, wherein apart from adding said at least one matching layer, the neural network is otherwise unmodified by said modification.

Предпочтительно, нейронная сеть, содержащая существующий классификатор неисправностей, содержит слой данных и входной слой для приема данных от слоя данных, причем указанный по меньшей мере один слой соответствия добавляют между слоем данных и входным слоем, а указанный по меньшей мере один слой соответствия выполнен с возможностью приема данных от слоя данных в модифицированном классификаторе неисправностей.Preferably, a neural network comprising an existing fault classifier comprises a data layer and an input layer for receiving data from the data layer, wherein said at least one matching layer is added between the data layer and the input layer, and said at least one matching layer is configured to receiving data from the data layer in the modified fault classifier.

Предпочтительно, первое множество датчиков имеет первое распределение частотной характеристики, а второе множество датчиков имеет второе распределение частотной характеристики, причем слой соответствия выполнен с возможностью осуществления соответствия между первым и вторым распределениями частотной характеристики.Preferably, the first plurality of sensors has a first frequency response distribution and the second plurality of sensors has a second frequency response distribution, wherein the matching layer is configured to match between the first and second frequency response distributions.

В соответствии с одним предпочтительным вариантом осуществления способа согласно настоящему изобретению первое множество датчиков выполнено с возможностью восприятия одинакового типа сигнала, что и второе множество датчиков.In accordance with one preferred embodiment of the method according to the present invention, the first set of sensors is configured to receive the same type of signal as the second set of sensors.

Предпочтительно, указанный одинаковый тип сигнала содержит один из сигнала вибрации, сигнала магнитного потока, сигнала тока, температуры и внутреннего давления станка.Preferably, said same type of signal comprises one of a vibration signal, a magnetic flux signal, a current signal, a temperature signal, and an internal pressure of the machine.

В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения первое множество датчиков и второе множество датчиков выполнены с возможностью восприятия взаимно различных типов сигналов.In accordance with another preferred embodiment of the present invention, the first plurality of sensors and the second plurality of sensors are configured to receive mutually different types of signals.

Предпочтительно, взаимно различные типы сигналов содержат по меньшей мере один из следующих сигналов: сигналы вибрации и магнитного потока, сигналы вибрации и электрического тока, сигналы вибрации и температуры, сигналы электрического тока и магнитного потока и сигналы вибрации и внутреннего давления станка.Preferably, the mutually different types of signals comprise at least one of the following signals: vibration and magnetic flux signals, vibration and electric current signals, vibration and temperature signals, electric current and magnetic flux signals, and vibration and machine internal pressure signals.

Предпочтительно, по меньшей мере некоторые из рабочих состояний механического станка из первого множества механических станков, как указано посредством первого множества наборов данных о рабочем состоянии, представляют собой неисправные рабочие состояния.Preferably, at least some of the operating states of the machine tool of the first plurality of machine tools, as indicated by the first plurality of operating state data sets, are faulty operating states.

В соответствии с еще одним предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения первое множество наборов сигналов и первое множество наборов данных о рабочем состоянии первого множества механических станков содержат менее 30 неисправных рабочих состояний.According to another preferred embodiment of the present invention, the first plurality of signal sets and the first plurality of operating state data sets of the first plurality of machine tools contain less than 30 faulty operating states.

В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения дополнительно предложена система для идентификации неисправностей по меньшей мере одного механического станка, содержащая первое множество датчиков, соединенных с соответствующим первым множеством механических станков и выполненных с возможностью получения первого множества наборов сигналов, исходящих от первого множества механических станков, причем первое множество механических станков имеет по меньшей мере одну общую характеристику, блок обработки данных, выполненный с возможностью: приема первого множества наборов сигналов первого множества механических станков, причем блок обработки данных содержит существующий классификатор неисправностей, предварительно обученный с возможностью автоматической классификации рабочих состояний второго множества механических станков на основе сигналов, исходящих от них и предварительно полученных вторым множеством датчиков, причем второе множество датчиков относится к различному типу, чем первое множество датчиков, второе множество механических станков имеет указанную по меньшей мере одну общую характеристику, модификации указанного существующего классификатора неисправностей посредством использования переноса обучения на основе по меньшей мере первого множества наборов сигналов первого множества механических станков, тем самым обеспечивая модифицированный классификатор неисправностей, и применения модифицированного классификатора неисправностей по меньшей мере к одному дополнительному набору сигналов, получаемых по меньшей мере одним датчиком из первого множества датчиков и исходящих по меньшей мере от одного заданного механического станка, имеющего указанную по меньшей мере одну общую характеристику, причем модифицированный классификатор неисправностей выполнен с возможностью автоматической идентификации по меньшей мере одной неисправности указанного по меньшей мере одного заданного механического станка на основе указанного по меньшей мере одного дополнительного набора сигналов, и устройство вывода, находящееся в связи с блоком обработки данных и выполненное с возможностью предоставления воспринимаемых человеком выходных данных, содержащих по меньшей мере идентификацию неисправности указанного по меньшей мере одного заданного механического станка, по меньшей мере одной операции по ремонту или техническому обслуживанию, выполняемой на основе воспринимаемых человеком выходных данных.In accordance with another preferred embodiment of the present invention, there is further provided a system for identifying faults in at least one machine tool, comprising a first plurality of sensors connected to a respective first plurality of machine tools and configured to receive a first plurality of sets of signals emanating from the first plurality of machine tools. , wherein the first plurality of machine tools have at least one common characteristic, a data processing unit configured to: receive a first plurality of signal sets of the first plurality of machine tools, the data processing unit comprising an existing fault classifier pre-trained to automatically classify operating states of the second a plurality of machine tools based on signals emanating from them and previously obtained by a second set of sensors, the second set of sensors being of a different type than the first set of sensors, the second set of machine tools having at least one common characteristic, modifying said existing fault classifier by using transfer learning based on at least a first plurality of signal sets of a first plurality of machine tools, thereby providing a modified fault classifier, and applying the modified fault classifier to at least one additional set of signals received by at least one sensor from the first plurality of sensors and output from at least one given machine tool having said at least one common characteristic, wherein the modified fault classifier is configured to automatically identify at least one fault of said at least one given machine tool based on said at least one additional set of signals , and an output device in communication with the data processing unit and configured to provide human-perceptible output data containing at least an identification of a malfunction of said at least one specified machine tool, at least one repair or maintenance operation performed on based on human-perceptible output data.

В соответствии с одним предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения система также содержит блок сбора данных, выполненный с возможностью получения первого множества наборов данных о рабочем состоянии для механических станков из первого множества механических станков, причем каждый набор данных о рабочем состоянии указывает на рабочее состояние механического станка из первого множества механических станков, каждое рабочее состояние связано по меньшей мере с одним из указанных наборов сигналов, а блок обработки данных выполнен с возможностью приема данных о рабочем состоянии первого множества механических станков и с возможностью дополнительной модификации указанного существующего классификатора неисправностей на основе первого множества наборов данных о рабочем состоянии первого множества механических станков.In accordance with one preferred embodiment of the present invention, the system also comprises a data acquisition unit configured to obtain a first plurality of machine tool operating state data sets from the first machine tool plurality, each work state data set indicative of a machine tool operating state from of the first set of machine tools, each operating state is associated with at least one of the specified sets of signals, and the data processing unit is configured to receive data on the operating state of the first set of machine tools and with the possibility of further modifying the specified existing fault classifier based on the first set of data sets on the working condition of the first set of machine tools.

Предпочтительно, идентификация неисправности включает идентификацию конкретной неисправности указанного по меньшей мере одного заданного механического станка и прогнозирование отказа указанного по меньшей мере одного заданного механического станка вследствие указанной конкретной неисправности при отсутствии выполнения рекомендованной операции по его техническому обслуживанию, такой что указанный по меньшей мере один заданный механический станок действительно выйдет из строя при отсутствии выполнения рекомендованной операции по техническому обслуживанию.Preferably, identifying the failure includes identifying a specific failure of said at least one given machine tool and predicting failure of said at least one given machine tool due to said specific failure in the absence of a recommended maintenance operation on it, such that said at least one given machine tool the machine will indeed fail if the recommended maintenance operation is not performed.

Предпочтительно, существующий классификатор неисправностей содержит нейронную сеть, а модификация существующего классификатора неисправностей включает добавление в нейронную сеть по меньшей мере одного слоя соответствия, причем помимо добавления указанного по меньшей мере одного слоя соответствия, нейронная сеть в остальном является немодифицированной посредством указанной модификации.Preferably, the existing fault classifier comprises a neural network, and the modification of the existing fault classifier comprises adding at least one matching layer to the neural network, wherein apart from adding said at least one matching layer, the neural network is otherwise unmodified by said modification.

Предпочтительно, нейронная сеть, содержащая существующий классификатор неисправностей, содержит слой данных и входной слой для приема данных от слоя данных, причем указанный по меньшей мере один слой соответствия добавляют между слоем данных и входным слоем, а указанный по меньшей мере один слой соответствия выполнен с возможностью приема данных от слоя данных в модифицированном классификаторе неисправностей.Preferably, a neural network comprising an existing fault classifier comprises a data layer and an input layer for receiving data from the data layer, wherein said at least one matching layer is added between the data layer and the input layer, and said at least one matching layer is configured to receiving data from the data layer in the modified fault classifier.

Предпочтительно, первое множество датчиков имеет первое распределение частотной характеристики, а второе множество датчиков имеет второе распределение частотной характеристики, причем слой соответствия выполнен с возможностью осуществления соответствия между первым и вторым распределениями частотной характеристики.Preferably, the first plurality of sensors has a first frequency response distribution and the second plurality of sensors has a second frequency response distribution, wherein the matching layer is configured to match between the first and second frequency response distributions.

В соответствии с одним предпочтительным вариантом осуществления системы согласно настоящему изобретению первое множество датчиков выполнено с возможностью восприятия одинакового типа сигнала, что и второе множество датчиков.In accordance with one preferred embodiment of the system according to the present invention, the first set of sensors is configured to receive the same type of signal as the second set of sensors.

Предпочтительно, указанный одинаковый тип сигнала содержит один из сигнала вибрации, сигнала магнитного потока, сигнала тока, температуры и внутреннего давления станка.Preferably, said same type of signal comprises one of a vibration signal, a magnetic flux signal, a current signal, a temperature signal, and an internal pressure of the machine.

В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления системы согласно настоящему изобретению первое множество датчиков и второе множество датчиков выполнены с возможностью восприятия взаимно различных типов сигналов.In accordance with another preferred embodiment of the system according to the present invention, the first set of sensors and the second set of sensors are configured to receive mutually different types of signals.

Предпочтительно, взаимно различные типы сигналов содержат по меньшей мере один из следующих сигналов: сигналы вибрации и магнитного потока, сигналы вибрации и электрического тока, сигналы вибрации и температуры, сигналы электрического тока и магнитного потока и сигналы вибрации и внутреннего давления станка.Preferably, the mutually different types of signals comprise at least one of the following signals: vibration and flux signals, vibration and electric current signals, vibration and temperature signals, electric current and magnetic flux signals, and vibration and machine internal pressure signals.

Предпочтительно, по меньшей мере некоторые из рабочих состояний механического станка из первого множества механических станков, как указано посредством первого множества наборов данных о рабочем состоянии, представляют собой неисправные рабочие состояния.Preferably, at least some of the operating states of the machine tool of the first plurality of machine tools, as indicated by the first plurality of operating state data sets, are faulty operating states.

В соответствии с еще одним предпочтительным вариантом осуществления системы согласно настоящему изобретению первое множество наборов сигналов и первое множество наборов данных о рабочем состоянии первого множества механических станков содержат менее 30 неисправных рабочих состояний.According to another preferred embodiment of the system according to the present invention, the first set of signal sets and the first set of operating state data sets of the first set of machine tools contain less than 30 faulty operating states.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Настоящее изобретение будет более полно понято и оценено из последующего подробного описания в сочетании с чертежами, на которых:The present invention will be more fully understood and appreciated from the following detailed description in conjunction with the drawings, in which:

На фиг. 1 показана упрощенная структурная схема высокого уровня, иллюстрирующая систему для идентификации неисправностей механических станков, сконструированную и выполненную в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения;In FIG. 1 is a simplified high-level block diagram illustrating a machine tool troubleshooting system designed and implemented in accordance with a preferred embodiment of the present invention;

На фиг. 2 показана упрощенная структурная схема высокого уровня, иллюстрирующая систему для идентификации неисправностей механических станков, сконструированную и выполненную в соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения;In FIG. 2 is a simplified high level block diagram illustrating a system for identifying faults in machine tools constructed and implemented in accordance with another preferred embodiment of the present invention;

На фиг. 3 показана упрощенная иллюстрация модификации классификатора неисправностей, выполненной системой типа, показанного на фиг. 1 или фиг. 2;In FIG. 3 is a simplified illustration of a modification of a fault classifier made by a system of the type shown in FIG. 1 or fig. 2;

На фиг. 4A и 4B показаны соответствующие упрощенные иллюстрации структурных схем компонентов соответствующих систем для обучения классификатора неисправностей, используемого и модифицированного системой по фиг. 1 или фиг. 2;In FIG. 4A and 4B are respective simplified block diagram illustrations of the components of respective systems for training the fault classifier used and modified by the system of FIG. 1 or fig. 2;

На фиг. 5A-5D показаны графики, изображающие производительность системы типа, показанного на фиг. 1 или фиг. 2, для идентификации неисправности механических станков; иIn FIG. 5A-5D are graphs depicting the performance of a system of the type shown in FIG. 1 or fig. 2, to identify the failure of machine tools; And

На фиг. 6 показана упрощенная блок-схема, иллюстрирующая этапы способа идентификации неисправности механического станка в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения.In FIG. 6 is a simplified flowchart illustrating the steps of a machine tool fault identification method in accordance with a preferred embodiment of the present invention.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS

Теперь обратимся к фиг. 1, на которой показана упрощенная структурная схема высокого уровня системы для идентификации неисправности механического станка, сконструированной и выполненной в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения.Let us now turn to FIG. 1 which shows a simplified high level block diagram of a system for identifying a machine fault, designed and implemented in accordance with a preferred embodiment of the present invention.

Как видно на фиг. 1, предложена система 100 для идентификации неисправности механического станка. Система 100 предпочтительно содержит первое множество датчиков 102 первого типа, обозначенных здесь как датчик типа S1. Все датчики 102 могут быть одинакового типа, например датчик типа S1, как показано здесь. Альтернативно, первое множество датчиков 102 может содержать более одного типа датчика, например, датчики типов S1, S11 - S1N, как показано на фиг. 2, более подробно описанной ниже. Предпочтительно, датчики 102 соединены с соответствующим первым множеством механических станков 104. Здесь в качестве примера показано, что первое множество механических станков 104 содержит механические станки 1, 2 - N, где N может представлять собой любое количество механических станков, такое как два или более механических станков. Как правило, датчики 102 соединены с механическими станками 104 в компоновке взаимно однозначного соответствия, в которой один из датчиков 102 соединен с соответствующим одним из станков 104. Однако возможны и другие компоновки, в которых один датчик может воспринимать сигналы от более чем одного механического станка 104. Датчики 102 могут осуществлять физический контакт со станками 104, например, могут быть прямо или непрямо смонтированы на станках 104. Альтернативно, датчики 102 могут быть физически отделены от станков 104, например, расположены на заданном расстоянии от станков 104, например, в случае, когда датчики 102 представляют собой оптические датчики.As seen in FIG. 1, a system 100 is provided for identifying a machine tool failure. System 100 preferably includes a first plurality of sensors 102 of the first type, referred to here as sensor type S1. All sensors 102 may be of the same type, such as a type S1 sensor as shown here. Alternatively, the first set of sensors 102 may comprise more than one type of sensor, such as sensor types S1, S11 - S1N, as shown in FIG. 2, described in more detail below. Preferably, sensors 102 are connected to a respective first plurality of machine tools 104. Here, by way of example, the first plurality of machine tools 104 is shown to comprise machine tools 1, 2 - N, where N can be any number of machine tools, such as two or more machine tools. machine tools. Typically, sensors 102 are connected to machine tools 104 in a one-to-one arrangement in which one of the sensors 102 is connected to a corresponding one of the machine tools 104. However, other arrangements are possible in which one sensor can sense signals from more than one machine tool 104 The sensors 102 may be in physical contact with the machines 104, such as being directly or indirectly mounted on the machines 104. Alternatively, the sensors 102 may be physically separated from the machines 104, such as located at a predetermined distance from the machines 104, such as when when the sensors 102 are optical sensors.

Датчики 102 могут быть выполнены в виде устройств датчика любого типа, выполненных с возможностью восприятия сигналов, исходящих от механических станков 104. Станки и механические системы с перемещающимися частями, такие как станки, содержащие подшипники, роторы или валы, или двигатели, компрессоры, насосы, вентиляторы, редукторы, охладители и т. д., могут генерировать сигналы во время своей работы. Механические станки 104 могут относиться к любому из вышеупомянутых типов механических систем или к другим типам механических систем, генерирующих сигналы во время своей работы. Предпочтительно, датчики 102 выполнены с возможностью восприятия таких сигналов. Анализ воспринятых сигналов может быть использован для установления состояния станка, от которого исходит воспринятый сигнал, и в некоторых случаях для установления неисправности станка, от которого исходит сигнал. Только в качестве неограничивающего примера, все датчики 102 могут представлять собой датчики вибрации одинакового типа, например, все могут представлять собой одноосевые акселерометры, или все могут представлять собой многоосевые акселерометры, для восприятия вибраций, исходящих от станков 104; все датчики 102 могут представлять собой одинаковый тип датчиков магнитного потока, воспринимающие магнитный поток, исходящий от станков 104; все датчики 102 могут представлять собой датчики электрического тока одинакового типа, воспринимающие изменение электрического тока, генерируемого станками 104; все датчики 102 могут представлять собой датчики температуры одинакового типа, воспринимающих тепло, генерируемое станками 104. Следует понимать, что альтернативно, все датчики 102 могут представлять собой одинаковый тип устройств датчика любого другого типа, выполненных с возможностью восприятия сигналов, исходящих от станков 104 и генерируемых ими, включая сигналы, связанные с работой станка, такие как крутящий момент, смещение, частота входной линии и т. д.. Альтернативно, датчики 102 могут содержать датчики двух или более типов, такие как, только в качестве примера, датчики магнитного потока и датчики вибрации.Sensors 102 may be any type of sensor devices capable of sensing signals from machine tools 104. Machine tools and mechanical systems with moving parts, such as machine tools containing bearings, rotors or shafts, or motors, compressors, pumps, fans, gearboxes, coolers, etc., can generate signals during their operation. Machine tools 104 may refer to any of the above types of mechanical systems, or other types of mechanical systems that generate signals during their operation. Preferably, sensors 102 are configured to sense such signals. The analysis of the sensed signals can be used to determine the state of the machine from which the perceived signal originates, and in some cases to determine the malfunction of the machine from which the signal originates. By way of non-limiting example only, all sensors 102 may be of the same type of vibration sensors, for example, all may be single-axis accelerometers, or all may be multi-axis accelerometers, to sense vibrations emanating from machine tools 104; all sensors 102 may be the same type of magnetic flux sensors, sensing the magnetic flux emanating from the machines 104; all sensors 102 may be the same type of electric current sensors sensing the change in electric current generated by the machines 104; all sensors 102 may be the same type of temperature sensors sensing heat generated by machines 104. It should be understood that alternatively, all sensors 102 may be the same type of any other type of sensor devices configured to sense signals emanating from machines 104 and generated them, including signals related to machine operation such as torque, displacement, input line frequency, etc. Alternatively, sensors 102 may comprise two or more types of sensors, such as, by way of example only, magnetic flux sensors and vibration sensors.

Механические станки 1-N, которые являются элементами первого множества механических станков 104, предпочтительно характеризуются одной или более общими характеристиками. Механические станки 1-N могут быть, а могут и не быть одинаковыми станками, при условии, что они имеют хотя бы одну общую характеристику. Например, общие характеристики могут относиться к типу, номеру модели, производителю, физическим характеристикам или размерам, рабочим характеристикам или параметрам или другим общим характеристикам, которые указывают на то, что наблюдаемое поведение одного из механических станков из указанного множества механических станков может быть типичным для другого механического станка из указанного множества механических станков.Machine tools 1-N, which are members of the first set of machine tools 104, preferably have one or more common characteristics. 1-N machine tools may or may not be the same machine, provided they share at least one feature in common. For example, general characteristics may refer to a type, model number, manufacturer, physical characteristics or dimensions, performance characteristics or parameters, or other general characteristics that indicate that the observed behavior of one of the machine tools from the specified set of machine tools may be typical of another. a machine tool from the specified set of machine tools.

Предпочтительно, первое множество датчиков 102 выполнено с возможностью получения первого множества наборов сигналов, исходящих от первого множества механических станков 104. Наборы сигналов могут представлять собой «моментальные сигналы», воспринимаемые соответствующим одним из датчиков 102 в течение короткого периода времени. Например, сигнал может восприниматься в течение нескольких секунд, например, одной-четырех секунд. Альтернативно, каждый набор сигналов может содержать множество «моментальных сигналов» в течение периода времени, например, «моментальные сигналы» в течение четырех секунд, измеряемые каждый час в течение периода в несколько часов, дней или даже месяцев. Альтернативно, каждый набор сигналов может содержать непрерывно отслеживаемые сигналы в течение более длительного периода или более чем одного периода времени. Например, сигнал можно непрерывно отслеживать каждую миллисекунду.Preferably, the first plurality of sensors 102 is configured to receive a first plurality of sets of signals from the first plurality of machine tools 104. The signal sets may be "instantaneous signals" sensed by a respective one of the sensors 102 for a short period of time. For example, the signal may be perceived within a few seconds, such as one to four seconds. Alternatively, each set of signals may comprise a plurality of "snapshots" over a period of time, such as four second "snapshots" measured every hour over a period of several hours, days, or even months. Alternatively, each set of signals may contain continuously monitored signals over a longer period or more than one period of time. For example, a signal can be continuously monitored every millisecond.

Сигналы, получаемые датчиками 102, могут быть предварительно обработаны, например, посредством возможностей аналоговой или цифровой обработки самого датчика 102 или других аппаратных и/или программных компонентов 108 обработки сигналов. Следует понимать, что хотя процессор 108 обработки сигналов показан на фиг. 1 как отдельный элемент от датчиков 102, функциональность обработки сигналов может быть встроена в один или более датчиков 102. Предварительная обработка сигнала может включать по меньшей мере одно из следующего: оцифровку, сжатие, извлечение признаков и представление сигнала во временной или частотной области.The signals received by the sensors 102 may be pre-processed, for example, through the analog or digital processing capabilities of the sensor 102 itself or other hardware and/or software signal processing components 108. It should be understood that although the signal processor 108 is shown in FIG. 1 as a separate element from sensors 102, signal processing functionality may be built into one or more sensors 102. Signal pre-processing may include at least one of the following: digitization, compression, feature extraction, and time or frequency domain representation of the signal.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения наборы сигналов, получаемые первым множеством датчиков 102, могут быть загружены на удаленный сервер, такой как облачный сервер. Функциональность 108 обработки сигналов могут выполнять на удаленном сервере. Предпочтительно, наборы сигналов, получаемые первым множеством датчиков 102, накапливаются по мере их получения от первого множества станков 104. Например, наборы сигналов могут накапливаться на облачном сервере.In one embodiment of the present invention, the signal sets received by the first set of sensors 102 may be uploaded to a remote server, such as a cloud server. Signal processing functionality 108 may be performed on a remote server. Preferably, the signal sets received by the first plurality of sensors 102 are accumulated as they are received from the first plurality of machine tools 104. For example, the signal sets may be accumulated on a cloud server.

Система 100 может дополнительно содержать блок 110 сбора данных. Блок 110 сбора данных может быть выполнен с возможностью приема первого множества наборов данных о рабочем состоянии для механических станков из множества механических станков 104, причем каждый набор данных о рабочем состоянии указывает на рабочее состояние механического станка из первого множества механических станков 104, а каждое рабочее состояние связано по меньшей мере с одним из указанных наборов сигналов, получаемых первым множеством датчиков 102.System 100 may further comprise a data acquisition unit 110. The data acquisition unit 110 may be configured to receive a first plurality of operating state data sets for machine tools from a plurality of machine tools 104, each operating state data set indicating a machine operating state from the first plurality of machine tools 104, and each operating state associated with at least one of said sets of signals received by the first set of sensors 102.

Данные о рабочем состоянии, собираемые в блоке 110 сбора данных, предпочтительно представлены в виде диагнозов состояния станка, предоставляемых экспертами-людьми, такими как инженеры. Наборы сигналов, получаемые первым множеством датчиков 102, необязательно могут предоставлять на блок 110 сбора данных либо посредством процессора 108 обработки сигналов, и/или прямо или непрямо посредством датчиков 102. Эксперты-люди необязательно могут анализировать наборы сигналов, получаемые первым множеством датчиков 102, и помечать каждый набор сигналов из указанных наборов сигналов как представляющий конкретные рабочие состояния соответствующего механического станка 104, от которого исходят сигналы. Эксперты-люди могут взаимодействовать с пользовательским интерфейсом, например, блока 110 сбора данных или другого устройства, которое обеспечивает связь между экспертом-человеком и блоком 110 сбора данных, для ввода данных о рабочем состоянии. Сигналы и применяемые к ним метки могут накапливать и сохранять в базе данных, расположенной в блоке 110 сбора данных. В одном варианте осуществления настоящего изобретения блок 110 сбора данных может быть расположен на удаленном сервере, таком как облачный сервер.The operating condition data collected in the data acquisition unit 110 is preferably in the form of machine condition diagnoses provided by human experts such as engineers. The signal sets received by the first set of sensors 102 may optionally be provided to the data acquisition unit 110 either by the signal processor 108 and/or directly or indirectly by the sensors 102. Human experts may optionally analyze the signal sets received by the first set of sensors 102, and labeling each set of signals from said sets of signals as representing specific operating states of the respective machine tool 104 from which the signals originate. The human experts may interact with a user interface, such as the data acquisition unit 110 or other device that provides communication between the human expert and the data acquisition unit 110, to enter operating status data. The signals and the labels applied to them can be accumulated and stored in a database located in the data acquisition block 110 . In one embodiment of the present invention, data acquisition unit 110 may be located on a remote server, such as a cloud server.

Идентификация неисправностей экспертами-людьми может включать идентификацию одной или более конкретных неисправностей отслеживаемого станка 104. В зависимости от конкретного отслеживаемого станка 104 конкретная идентифицированная неисправность может содержать износ подшипников станка с вращательным движением, механическую ослабленность, нарушение соосности, нарушение баланса, электрические неисправности или другие неисправности. Альтернативно, идентификация неисправностей может включать идентификацию станка 104, находящегося в неисправном состоянии, то есть в аномальном состоянии по отношению к его нормальному рабочему состоянию, но без идентификации конкретной неисправности. В этом случае идентификация неисправностей экспертом-человеком идентифицирует станок как неработающий нормальным образом, но не идентифицирует, что является конкретной причиной этой ненормальной работы.The identification of faults by human experts may include the identification of one or more specific faults of the machine being monitored 104. Depending on the particular machine being monitored 104, the particular fault identified may include worn rotating machine bearings, mechanical weakness, misalignment, imbalance, electrical faults, or other faults. . Alternatively, fault identification may include identifying the machine 104 as being in a faulty state, that is, in an abnormal state with respect to its normal operating state, but without identifying a specific fault. In this case, the identification of faults by a human expert identifies the machine as not operating normally, but does not identify what is the specific cause of this abnormal operation.

Независимо от того, помечены экспертами-людьми или нет конкретные рабочие состояния, представляемые сигналами, наборы сигналов, получаемые датчиками 102, могут содержать как наборы сигналов, соответствующие нормальным исправным рабочим состояниям станков 104, так и наборы сигналов, соответствующие ненормальным неисправным рабочим состояниям станков 104.Whether or not the specific operating states represented by the signals are labeled by human experts, the signal sets received by the sensors 102 may comprise both signal sets corresponding to normal good operating states of machine tools 104 and signal sets corresponding to abnormal abnormal operating states of machine tools 104. .

Альтернативно, наборы сигналов, получаемые датчиками 102, необязательно содержат наборы сигналов, соответствующие ненормальным неисправным рабочим состояниям станков 104. В соответствии с этим вариантом осуществления настоящего изобретения все станки 104, отслеживаемые датчиками 102, могут находиться в исправном рабочем состоянии. Таким образом, все наборы сигналов и необязательно связанные рабочие состояния станка могут соответствовать нормальным рабочим состояниям станка.Alternatively, the signal sets received by the sensors 102 optionally comprise signal sets corresponding to abnormal abnormal operating states of the machines 104. In accordance with this embodiment of the present invention, all the machines 104 monitored by the sensors 102 may be in a healthy working condition. Thus, all sets of signals and optionally associated machine operating states can correspond to normal machine operating states.

Наборы сигналов, накапливаемые от первого множества станков 104, предпочтительно подаются на существующий классификатор 114 неисправностей, содержащийся в системе 100. В случае, когда система 100 также содержит блок 110 сбора данных, а сигналы являются помеченными, помеченные сигналы предпочтительно совместно предоставляются препроцессором 108 обработки сигналов и блоком 110 сбора данных на существующий классификатор 114 неисправностей.The sets of signals accumulated from the first plurality of machines 104 are preferably provided to an existing fault classifier 114 contained in the system 100. In the case where the system 100 also includes a data acquisition unit 110 and the signals are tagged, the tagged signals are preferably shared by the signal processing preprocessor 108 and block 110 data collection on the existing classifier 114 faults.

Существующий классификатор 114 неисправностей может представлять собой алгоритмический классификатор. Например, существующий классификатор 114 неисправностей может храниться на удаленном сервере. Система 100 может содержать энергонезависимый читаемый с помощью компьютера носитель данных, на котором сохранены исполняемые компьютером инструкции для выполнения процессором функциональности существующего классификатора 114 неисправностей. Один или более процессоров, выполняющих существующий классификатор 114 неисправностей, могут представлять собой удаленные процессоры, например, расположенные в облаке, или могут представлять собой локальные процессоры.The existing fault classifier 114 may be an algorithmic classifier. For example, an existing fault classifier 114 may be stored on a remote server. The system 100 may include a non-volatile computer-readable storage medium that stores computer-executable instructions for the processor to perform the functionality of an existing fault classifier 114. The one or more processors executing the existing fault classifier 114 may be remote processors, such as those located in the cloud, or may be local processors.

Предпочтительно, существующий классификатор 114 неисправностей представляет собой классификатор неисправностей, который был предварительно обучен для автоматической идентификации неисправностей второго множества механических станков на основе сигналов, исходящих от них и предварительно получаемых вторым множеством датчиков, причем второе множество датчиков относится к различному типу, чем первое множество датчиков 102. Все второе множество датчиков может быть одинакового типа, причем этот тип может различаться от типа или типов датчиков первого множества датчиков 102. Альтернативно, второе множество датчиков может быть одинакового типа, причем этот тип может различаться по меньшей мере от одного из типов датчиков первого множества датчиков 102. Альтернативно, второе множество датчиков может содержать более одного типа датчиков, причем эти типы могут быть различными типами, чем датчик или датчики первого множества датчиков. Альтернативно, второе множество датчиков может содержать более одного типа датчиков, причем эти типы могут различаться по меньшей мере от одного из типов датчиков первого множества датчиков 102. Предпочтительно, второе множество механических станков имеет указанную по меньшей мере одну общую механическую характеристику, общую для первого множества механических станков 104.Preferably, the existing fault classifier 114 is a fault classifier that has been pre-trained to automatically identify faults of the second plurality of machine tools based on signals emanating from them and previously received by the second plurality of sensors, the second plurality of sensors being of a different type than the first plurality of sensors. 102. All of the second set of sensors may be of the same type, and this type may be different from the type or types of sensors of the first set of sensors 102. Alternatively, the second set of sensors may be of the same type, and this type may differ from at least one of the types of sensors of the first a plurality of sensors 102. Alternatively, the second plurality of sensors may comprise more than one type of sensor, which types may be different types than the sensor or sensors of the first plurality of sensors. Alternatively, the second set of sensors may contain more than one type of sensors, and these types may differ from at least one of the types of sensors of the first set of sensors 102. Preferably, the second set of machine tools has the specified at least one common mechanical characteristic common to the first set machine tools 104.

Следует понимать, что классификатор 114 неисправностей называется здесь «существующим», поскольку он может быть существующим в отношении наборов сигналов и необязательных данных о рабочем состоянии, получаемых датчиками 102 от станков 104. Классификатор 114 неисправностей может быть предварительно сгенерирован в более ранний момент времени, до генерации набора данных, содержащего наборы сигналов и необязательные данные о рабочем состоянии станков 104.It should be understood that the fault classifier 114 is referred to herein as "existing" because it may be existing with respect to the signal sets and optional operating status data received by the sensors 102 from the machines 104. The fault classifier 114 may be pre-generated at an earlier point in time, before generating a data set containing signal sets and optional data on the operating status of machines 104.

Предпочтительно, классификатор 114 неисправностей представляет собой точный классификатор, выполненный с возможностью точной идентификации неисправностей механических станков, имеющих указанную по меньшей мере одну общую характеристику, на основе сигналов, получаемых вторым множеством датчиков. Классификатор 114 неисправностей может представлять собой такой точный классификатор благодаря тому, что он был предварительно обучен с использованием машинного обучения на большом наборе данных, содержащем сигналы и, возможно, связанные данные о рабочем состоянии, получаемые от большого количества станков. Как хорошо известно специалистам в данной области техники, чем больший объем данных подают в классификатор неисправностей машинного обучения с целью его обучения, тем точнее до заданного предела может работать этот классификатор. Например, классификатор 114 неисправностей может быть обучен с использованием данных, воспринятых от более чем 40 000 отдельных станков с вращательным движением, содержащих двигатели, насосы, вентиляторы, охладители, компрессоры и редукторы. Общей характеристикой таких станков может быть наличие в них подшипников. Пример того, как классификатор 114 отказов мог быть предварительно обучен, показан на фиг. 3 - 4B, описанных ниже.Preferably, the fault classifier 114 is an accurate classifier configured to accurately identify machine tool faults having the at least one common characteristic based on signals received by the second plurality of sensors. The fault classifier 114 may be such an accurate classifier because it has been pre-trained using machine learning on a large dataset containing signals and possibly related operating status data from a large number of machines. As is well known to those skilled in the art, the more data that is fed into a machine learning fault classifier to train it, the more accurately that classifier can perform up to a given limit. For example, a fault classifier 114 can be trained using data from over 40,000 individual rotary machines containing motors, pumps, fans, coolers, compressors, and gearboxes. A common characteristic of such machines may be the presence of bearings in them. An example of how the failure classifier 114 could be pre-trained is shown in FIG. 3-4B described below.

Таким образом, существующий классификатор 114 неисправностей может быть успешно применен к сигналам, исходящим от механических станков, имеющих общие характеристики с механическими станками, на основе данных, на которых был обучен классификатор 114 неисправностей, чтобы идентифицировать их неисправности. Однако следует отметить, что классификатор 114 неисправностей был предварительно обучен на основе сигналов, полученных датчиком определенного типа или типов, а именно вторым множеством датчиков типа, различного от типа первого множества датчиков 102. В результате классификатор 114 неисправностей выполнен с возможностью наиболее успешной классификации и идентификации неисправностей при применении к сигналам, получаемым конкретными датчиками, на основе которых классификатор 114 неисправностей был обучен. Однако в случае, когда сигналы, подаваемые на классификатор 114 неисправностей, получают посредством датчиков различных типов, чем второе множество датчиков, на основе которых был обучен классификатор 114 неисправностей, классификатор 114 неисправностей не сможет точно классифицировать и идентифицировать неисправности на основе этих сигналов. Это связано с различием характеристик датчиков между этими датчиками, то есть вторым множеством датчиков, на основе которых был обучен классификатор 114 неисправностей, и датчиками, например, первым множеством датчиков S1 или первым множеством датчиков S1-S1N (фиг. 2), получившими настоящий сигнал, требующий классификации.Thus, the existing fault classifier 114 can be successfully applied to machine tool signals having common characteristics with machine tools based on the data from which the fault classifier 114 has been trained to identify their faults. However, it should be noted that the fault classifier 114 has been pre-trained based on signals received by a sensor of a certain type or types, namely the second set of sensors of a type different from the type of the first set of sensors 102. As a result, the fault classifier 114 is configured to most successfully classify and identify faults when applied to signals received by specific sensors, based on which the fault classifier 114 was trained. However, in the case where the signals supplied to the fault classifier 114 are obtained by different types of sensors than the second plurality of sensors from which the fault classifier 114 was trained, the fault classifier 114 will not be able to accurately classify and identify faults based on these signals. This is due to the difference in sensor characteristics between these sensors, i.e. the second set of sensors, from which the fault classifier 114 was trained, and the sensors, for example, the first set of sensors S1 or the first set of sensors S1-S1N (Fig. 2), which received the present signal requiring classification.

Даже если классификатор 114 неисправностей представляет собой высокоточный классификатор для идентификации неисправностей на основе сигналов, получаемых вторым множеством датчиков, классификатор неисправностей, следовательно, имеет ограниченное применение, если таковое вообще имеется, при идентификации неисправностей, получаемых различными типами датчиков, например, первым множеством датчиков S1 или S1-S1N (фиг. 2). Если к сигналам, получаемым первым множеством датчиков, применить классификатор 114 неисправностей, результаты будут неточными.Even though the fault classifier 114 is a high-precision classifier for identifying faults based on signals received by the second sensor set, the fault classifier therefore has limited, if any, use in identifying faults received by different types of sensors, such as the first sensor set S1. or S1-S1N (Fig. 2). If the fault classifier 114 is applied to the signals received by the first set of sensors, the results will be inaccurate.

Это можно проиллюстрировать на примере двух типов датчиков вибрации, таких как трехосевой акселерометр и одноосевой акселерометр, воспринимающих сигналы вибрации, генерируемые механическим станком. Эти два типа датчиков вибрации различаются друг от друга различными параметрами, такими как геометрия, масса, внутренние материалы и т.д., что приводит к различиям в моментах инерции и резонансных частотах соответствующих датчиков. В результате датчики имеют взаимно различные частотные характеристики. Конкретный сигнал, генерируемый отслеживаемым механическим станком, будет различным образом восприниматься и записываться этими двумя датчиками вследствие присущих им различий между датчиками. Кроме того, если эти два датчика смонтированы в различных местоположениях на отслеживаемом таким образом станке, это различие будет еще больше усугубляться вследствие того, что датчики измеряют вдоль взаимно различных осей измерения, и вследствие различных уровней вибрации, измеряемых благодаря различию в местоположении.This can be illustrated by two types of vibration sensors, such as a three-axis accelerometer and a single-axis accelerometer, which sense vibration signals generated by a machine tool. These two types of vibration sensors differ from each other in various parameters such as geometry, mass, internal materials, etc., resulting in differences in the moments of inertia and resonant frequencies of the respective sensors. As a result, the sensors have mutually different frequency responses. The particular signal generated by the monitored machine tool will be perceived and recorded differently by the two sensors due to their inherent differences between the sensors. In addition, if the two sensors are mounted at different locations on the machine being monitored in this way, this difference will be further exacerbated due to the fact that the sensors measure along mutually different measurement axes, and due to the different levels of vibration measured due to the difference in location.

Например, в случае трехосевого акселерометра и одноосевого акселерометра, смонтированных на цилиндрическом станке, эти два типа акселерометров будут измерять взаимно различные уровни вибрации, поскольку трехосевой акселерометр будет измерять радиальную вибрацию по одной оси и тангенциальную вибрацию по двум осям, тогда как одноосевой акселерометр будет измерять радиальную или прямую вибрацию.For example, in the case of a 3-axis accelerometer and a 1-axis accelerometer mounted on a cylindrical machine, the two types of accelerometers will measure mutually different levels of vibration, since a 3-axis accelerometer will measure radial vibration along one axis and tangential vibration along two axes, while a single-axis accelerometer will measure radial vibration. or direct vibration.

Следовательно, использование классификатора обнаружения неисправностей, обученного с помощью сигналов, полученных от датчика одного типа, например сигналов вибрации, полученных трехосевым акселерометром, приведет к неправильным результатам классификации при применении к тому же типу сигналов, получаемых от датчика различного типа, например, сигналам вибрации, получаемым одноосевым акселерометром.Therefore, using a fault detection classifier trained with signals received from the same type of sensor, such as vibration signals received from a triaxial accelerometer, will result in incorrect classification results when applied to the same type of signals received from a different type of sensor, such as vibration signals, obtained by a single-axis accelerometer.

Это может быть дополнительно проиллюстрировано ссылкой на более экстремальный случай двух типов датчиков, воспринимающих различные типы сигналов, таких как датчик вибрации и датчик магнитного потока, воспринимающих сигналы вибрации и магнитного потока, соответственно, исходящие от конкретного механического станка. Классификатор обнаружения неисправностей, обученный с использованием данных, полученных от одного из этих типов датчиков, например, сигналов вибрации, полученных датчиком вибрации, будет ограничен классификацией сигналов вибрации и будет предоставлять плохие результаты с малой релевантностью при его применении для идентификации неисправностей, например, для сигналов магнитного потока, генерируемых тем же станком.This can be further illustrated by referring to the more extreme case of two types of sensors sensing different types of signals, such as a vibration sensor and a magnetic flux sensor sensing vibration and flux signals, respectively, from a particular machine tool. A fault detection classifier trained using data received from one of these types of sensors, for example, vibration signals received by a vibration sensor, will be limited to vibration signal classification and will provide poor results with little relevance when applied to fault identification, for example, for signals magnetic flux generated by the same machine.

Для того, чтобы предложить классификатор неисправностей, выполненный с возможностью точной классификации сигналов, получаемых датчиком типа, различного от того, на основе которого предварительно был обучен классификатор неисправностей, на основе сигналов, получаемых указанным датчиком различного типа, например, первым множеством датчиков S1 или S1, S11-S1N (фиг. 2), может быть обучен полностью новый классификатор неисправностей. В этом случае существующий классификатор 114 неисправностей не используется, и для идентификации неисправностей механических станков, таких как станки 104, разрабатывается новый классификатор неисправностей. Однако для того, чтобы этот новый классификатор обеспечивал точную идентификацию неисправностей, необходимо подавать на него большой объем новых данных, получаемых от датчиков различного типа, например, от первого множества датчиков S1 или первого множества датчиков S1-S1N (фиг. 2), на основе чего должен быть обучен этот классификатор неисправностей. Такой процесс может быть длительным, а также может быть недоступен такой большой объем данных. Кроме того, такой процесс также сильно ограничен по производительности и объему применения вследствие множества параметров, управляющих частотной зависимостью сигналов станка, таких как монтажное местоположение датчика, его ориентация, тип монтажа и т.д. Кроме того, при таком подходе возможности исходного существующего классификатора 114 неисправностей просто тратятся впустую, а не используются, поскольку предыдущий классификатор 114 неисправностей вообще не применяется.In order to provide a fault classifier capable of accurately classifying signals received by a sensor type different from that from which the fault classifier was previously trained, based on signals received by said different type of sensor, for example, the first set of sensors S1 or S1 , S11-S1N (FIG. 2), an entirely new fault classifier can be trained. In this case, the existing fault classifier 114 is not used, and a new fault classifier is developed to identify faults in machine tools such as machine tools 104. However, in order for this new classifier to provide accurate fault identification, it is necessary to feed it a large amount of new data received from sensors of various types, for example, from the first set of sensors S1 or the first set of sensors S1-S1N (Fig. 2), based on what this fault classifier should be trained on. Such a process can be lengthy, and such a large amount of data may not be available. In addition, such a process is also highly limited in terms of productivity and scope due to the many parameters that control the frequency dependence of the machine signals, such as the mounting location of the sensor, its orientation, type of mounting, etc. Also, with this approach, the capabilities of the original existing fault classifier 114 are simply wasted rather than used, since the previous fault classifier 114 is not applied at all.

Настоящее изобретение преимущественно предлагает решение проблемы ограниченного использования, если таковое вообще имеется, классификатора неисправностей, обученного на данных, полученных от датчиков определенного типа или типов, для классификации сигналов, получаемых от датчиков различного типа или типов, вследствие различий в характеристиках датчиков. Преимущественно, настоящее изобретение не требует обучения «с нуля» нового классификатора на основе сигналов от датчика различного типа. Напротив, в настоящем изобретении используется подход переноса обучения для соответствия между исходным типом (типами) датчика, на основе которого был обучен существующий классификатор, и новым, различным типом (типами) датчика, от которых получают новые данные, требующие классификации.The present invention advantageously provides a solution to the problem of limited use, if any, of a fault classifier trained on data received from sensors of a certain type or types to classify signals received from sensors of different types or types due to differences in sensor characteristics. Advantageously, the present invention does not require training from scratch of a new classifier based on signals from a different type of sensor. In contrast, the present invention uses a transfer learning approach to match between the original sensor type(s) from which an existing classifier was trained and a new, different sensor type(s) from which new data requiring classification is obtained.

В настоящем изобретении могут использовать существующий классификатор 114 посредством модификации этого существующего классификатора 114 на основе соответствия между различными распределениями частотных характеристик датчиков соответствующих датчиков различных типов и для выполнения такого соответствия и модификации требует только небольшого набора данных от указанных различных типов датчиков, например, первого множества датчиков 102. В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения таким образом на основе исходного существующего классификатора 114 и небольшого нового набора данных, получаемого от датчиков типа или типов, отличных от типа или типов датчиков, на которых был основан существующий классификатор 114, может быть сгенерирован модифицированный классификатор. Этот модифицированный классификатор может быть выполнен с возможностью точной идентификации неисправностей в сигналах, получаемых указанными различными типами датчиков, например, первым множеством датчиков 102, несмотря на небольшой набор данных, подаваемых на него. Модифицированный классификатор использует исходный существующий классификатор 114 и осуществляет соответствие его с датчиками различного типа, например, первым множеством датчиков 102, таким образом, что он выполнен с возможностью точного применения к сигналам, получаемым датчиками указанного различного типа.The present invention may use an existing classifier 114 by modifying this existing classifier 114 based on a match between different sensor frequency response distributions of respective sensors of different types, and to perform such matching and modification requires only a small set of data from said different types of sensors, such as a first set of sensors. 102. In a preferred embodiment of the present invention, a modified classifier can be generated based on the original existing classifier 114 and a small new set of data obtained from sensors of a type or types different from the type or types of sensors on which the existing classifier 114 was based. This modified classifier can be configured to accurately identify faults in the signals received by these different types of sensors, such as the first set of sensors 102, despite the small amount of data fed to it. The modified classifier uses the original existing classifier 114 and maps it to different types of sensors, such as the first set of sensors 102, so that it can be accurately applied to signals received by said different types of sensors.

Однако следует отметить, что настоящее изобретение может быть полезным даже в случае доступности большого высококачественного набора данных от датчиков различного типа, например, от первого множества датчиков 102. Хотя в этом случае, поскольку доступен большой высококачественный набор данных, для получения адекватных результатов может быть обучен новый специализированный классификатор, использование переноса обучения для модификации существующего классификатора все же может быть преимущественным для того, чтобы воспользоваться преимуществом возможностей исходного существующего классификатора. Таким образом, хотя предполагается, что настоящее изобретение будет наиболее полезным в случаях, когда для обучения нового классификатора недоступны достаточные данные с точки зрения количества и/или качества, настоящее изобретение также может быть полезным в случае, когда доступен большой высококачественный набор данных.However, it should be noted that the present invention may be useful even if a large high quality data set is available from various types of sensors, such as the first set of sensors 102. Although in this case, since a large high quality data set is available, the new specialized classifier, using transfer learning to modify an existing classifier may still be advantageous in order to take advantage of the capabilities of the original existing classifier. Thus, while the present invention is expected to be most useful in cases where sufficient data in terms of quantity and/or quality is not available to train a new classifier, the present invention may also be useful when a large, high quality dataset is available.

Таким образом, в случае существующего точного классификатора неисправностей, обученного с использованием сигналов, полученных датчиками конкретного типа или типов, в настоящем изобретении предложено решение для модификации указанного классификатора таким образом, что он выполнен с возможностью точной классификации сигналов, получаемых датчиками любого другого типа или типов, отличных от конкретного типа или типов датчиков, на основе которых был обучен этот классификатор неисправностей, если эти сигналы, исходящие от станков, имеют по меньшей мере одну общую характеристику с теми станками, на основе которых классификатор был предварительно обучен. Это можно назвать подходом, не зависящим от датчика, при котором классификатор может быть откалиброван таким образом, что будет выполнен с возможностью применения к данным, получаемым любым датчиком, независимо от типа и/или структуры исходных данных, собираемых этим датчиком.Thus, in the case of an existing accurate fault classifier trained using signals received by sensors of a particular type or types, the present invention proposes a solution for modifying said classifier in such a way that it is capable of accurately classifying signals received by sensors of any other type or types. , other than the specific type or types of sensors from which this fault classifier was trained, if these machine signals have at least one characteristic in common with the machines from which the classifier was previously trained. This can be referred to as a sensor-independent approach, in which the classifier can be calibrated to be applicable to data received by any sensor, regardless of the type and/or structure of the raw data collected by that sensor.

Подход в соответствии с настоящим изобретением может быть применим в случае сигнала одинакового типа, например, сигналов вибрации, получаемых датчиками вибрации различных типов. Результаты этого показаны на фиг. 5A-5C. Подход в соответствии с настоящим изобретением также может быть применим в случае сигнала различного типа, например, сигналов вибрации и магнитных сигналов, получаемых различными типами датчиков, например, датчиками вибрации и датчиками магнитного потока. Результаты этого показаны на рис. 5D.The approach in accordance with the present invention can be applied in the case of the same type of signal, for example, vibration signals received by different types of vibration sensors. The results of this are shown in FIG. 5A-5C. The approach of the present invention can also be applied to different types of signal, such as vibration signals and magnetic signals received by different types of sensors, such as vibration sensors and magnetic flux sensors. The results of this are shown in fig. 5D.

В обоих случаях исходный существующий классификатор может быть модифицирован на основе соответствия распределений частотных характеристик датчиков, чтобы создать модифицированный классификатор, выполненный с возможностью идентификации неисправностей в сигналах, получаемых датчиками типа, отличного от тех, на основе которых был обучен указанный существующий классификатор. В обоих случаях модифицированный классификатор может быть применен к сигналам, получаемым датчиками типа, различного от тех, на основе которых был обучен существующий классификатор, с большей точностью, чем можно было бы достичь, применяя существующий классификатор в его исходном немодифицированном виде. Кроме того, в обоих случаях модифицированный классификатор может быть применен к сигналам, получаемым датчиками типа, различного от тех, на основе которых был обучен существующий классификатор, с большей точностью, чем это было бы достигнуто при применении нового классификатора, обученного с использованием только сигналов, получаемых этими датчиками различного типа.In both cases, the original existing classifier can be modified based on the matching of the frequency response distributions of the sensors to create a modified classifier capable of identifying faults in signals received by sensors of a different type than that from which said existing classifier was trained. In both cases, the modified classifier can be applied to signals received by sensors of a different type from those from which the existing classifier was trained, with greater accuracy than could be achieved by applying the existing classifier in its original unmodified form. In addition, in both cases, the modified classifier can be applied to signals received by sensors of a different type from those on which the existing classifier was trained, with greater accuracy than would be achieved with a new classifier trained using signals only, received by these sensors of various types.

Получение небольшого нового набора данных от датчиков различного типа, например, первого множества датчиков 102, было описано выше в отношении датчиков 102, получающих сигналы и необязательные связанные данные о рабочем состоянии от станков 104. Получение небольшого набора данных системой по фиг. 1 предпочтительно осуществляют с помощью тех элементов, которые заключены в пунктирную рамку 115.The acquisition of a small new set of data from various types of sensors, such as the first set of sensors 102, has been described above with respect to sensors 102 receiving signals and optional associated operating status data from machine tools 104. The acquisition of a small data set by the system of FIG. 1 is preferably carried out using those elements that are enclosed in a dotted box 115.

В варианте осуществления изобретения, показанном на фиг. 1, первое множество датчиков 102 предпочтительно представляет собой все датчики одинакового типа, т.е. датчик типа S1. Однако, как упомянуто выше, первое множество датчиков 102 альтернативно может содержать более одного типа датчиков. На фиг. 2 показан альтернативный вариант осуществления системы 100, обозначенной здесь как система 100A, изображающий введение в первое множество датчиков 102 датчиков более чем одного типа. Теперь со ссылкой на фиг. 2, первое множество датчиков 102 может содержать датчики S1, S11-S1N на каждом из станков 1-N из множества станков 104. Следует понимать, что первое множество датчиков 102 может содержать любое количество датчиков S1-S1N, такое как два или более датчиков. Эти датчики могут представлять собой, например, комбинацию датчиков вибрации, датчиков магнитного потока, датчиков тока, датчиков температуры или датчиков для восприятия других параметров, связанных с работой станков 104, таких как крутящий момент, смещение, частота входной линии и т.д. Датчики S1, S11-S1N могут относиться к взаимно различным типам, но предпочтительно относятся к одинаковому типу в отношении наборов датчиков, соединенных с каждым из станков 104. Однако следует понимать, что система 100A может допускать случай отсутствия некоторых данных от одного из датчиков 102, которые могут быть приписаны, например, с использованием многомерной статистики.In the embodiment of the invention shown in FIG. 1, the first set of sensors 102 are preferably all sensors of the same type, i. sensor type S1. However, as mentioned above, the first set of sensors 102 may alternatively comprise more than one type of sensor. In FIG. 2 shows an alternate embodiment of system 100, herein referred to as system 100A, illustrating the introduction of more than one type of sensor into the first set of sensors 102. Now with reference to FIG. 2, the first set of sensors 102 may include sensors S1, S11-S1N on each of the machines 1-N of the plurality of machines 104. It should be understood that the first set of sensors 102 may include any number of sensors S1-S1N, such as two or more sensors. These sensors may be, for example, a combination of vibration sensors, magnetic flux sensors, current sensors, temperature sensors, or sensors for sensing other parameters associated with the operation of machine tools 104, such as torque, displacement, input line frequency, and so on. The sensors S1, S11-S1N may be of mutually different types, but are preferably of the same type with respect to the sets of sensors connected to each of the machines 104. However, it should be understood that the system 100A may tolerate the absence of some data from one of the sensors 102, which can be attributed, for example, using multivariate statistics.

Система 100A может в целом иметь сходство с системой 100, за исключением множества типов датчиков, содержащихся в первом множестве датчиков 102 в системе 110A, и описание системы 100 в целом также применимо к системе 100A.System 100A may generally resemble system 100, except for the many types of sensors contained in the first set of sensors 102 in system 110A, and the description of system 100 as a whole also applies to system 100A.

Продолжая ссылаться на фиг. 1 и 2, небольшой новый набор данных, на основе которого существующий классификатор 114 может быть модифицирован при помощи осуществления соответствия обучения для предоставления модифицированного классификатора, может содержать гораздо меньше данных, чем объем данных, на основе которого был изначально обучен существующий классификатор 114. Например, небольшой новый набор данных может содержать менее 400, менее 300, менее 200, менее 100, менее 50 или менее 30 наборов каждого из первого множества наборов сигналов и, необязательно, первого множества наборов данных о рабочем состоянии первого множества механических станков 104. Кроме того, небольшой новый набор данных может представлять собой еще меньшее количество наборов сигналов, соответствующих неисправному рабочему состоянию механического станка из первого множества механических станков 104, такое как менее 100, менее 90, менее 80, менее 70, менее 60, менее 50, менее 30 или менее 20 наборов сигналов, соответствующих неисправному рабочему состоянию механического станка из первого множества механических станков 104. Как упомянуто выше, в некоторых случаях небольшой новый набор данных может даже не содержать сигналы, соответствующие неисправному рабочему состоянию механического станка из первого множества механических станков 104. Это в отличие от гораздо большего набора данных, на основе которого мог быть обучен существующий классификатор 114, например, несколько тысяч образцов.Continuing to refer to FIG. 1 and 2, a small new dataset from which an existing classifier 114 can be modified by performing a learning match to provide a modified classifier may contain much less data than the amount of data from which the existing classifier 114 was originally trained. For example, the small new data set may contain less than 400, less than 300, less than 200, less than 100, less than 50, or less than 30 sets of each of the first set of signal sets, and optionally the first set of operating status data sets of the first set of machine tools 104. In addition, the small new data set may be an even smaller number of signal sets corresponding to a machine tool faulty operating state of the first set of machine tools 104, such as less than 100, less than 90, less than 80, less than 70, less than 60, less than 50, less than 30, or less 20 sets of signals corresponding to a machine faulty operating state from the first set of machine tools 104. As mentioned above, in some cases, a small new data set may not even contain signals corresponding to a machine faulty operating state from the first set of machine tools 104. This is in contrast to from a much larger dataset from which the existing classifier 114 could be trained, for example several thousand samples.

Следует понимать, что первое множество датчиков 102 различно от второго множества датчиков, на основе которых был обучен существующий классификатор 114, но что станки 104 предпочтительно имеют общие характеристики как друг с другом, так и со станками, на основе которых был обучен существующий классификатор 114. Станки 104 могут быть одинаковыми, как те станки, на основе которых предварительно был обучен существующий классификатор 114, а могут и не быть.It should be understood that the first set of sensors 102 is different from the second set of sensors from which the existing classifier 114 was trained, but that the machines 104 preferably share characteristics both with each other and with the machines from which the existing classifier 114 was trained. The machines 104 may or may not be the same as the machines on which the existing classifier 114 was previously trained.

Первое множество наборов сигналов, получаемых первым множеством датчиков 102, и, необязательно, первое множество наборов данных о рабочем состоянии, собираемых в блоке 110 сбора данных первого множества механических станков 104, могут подавать на существующий классификатор 114 неисправностей. Первое множество наборов сигналов перед их предоставлением на существующий классификатор 114 неисправностей могут предварительно обрабатывать при помощи процессора 108 обработки сигналов.The first set of signal sets received by the first set of sensors 102, and optionally the first set of operating status data collected in the data acquisition unit 110 of the first set of machine tools 104, may be supplied to the existing fault classifier 114. The first set of sets of signals before they are provided to the existing classifier 114 faults can be pre-processed using the processor 108 signal processing.

Затем существующий классификатор 114 неисправностей предпочтительно модифицируют на основе указанного множества наборов сигналов и, необязательно, множества наборов данных о рабочем состоянии первого множества механических станков 104, тем самым производя модифицированный классификатор 116.Then, the existing fault classifier 114 is preferably modified based on said plurality of signal sets and optionally the plurality of operating status data sets of the first plurality of machine tools 104, thereby producing a modified classifier 116.

Модифицированный классификатор 116 может представлять собой алгоритмический классификатор, исполняемый одним или более процессорами, которые могут быть теми же или различными процессорами, что и процессоры, выполняющие существующий классификатор 114. Например, существующий классификатор 114 и модифицированный классификатор 116 могут быть реализованы в блоке обработки данных. Указанный один или более процессоров, выполняющих существующий классификатор 116 неисправностей, могут представлять собой удаленные процессоры, например, расположенные в облаке, или могут представлять собой локальные процессоры. Например, указанный один или более процессоров, выполняющих модифицированный классификатор 116, могут быть расположены в одном из датчиков 102.The modified classifier 116 may be an algorithmic classifier executed by one or more processors, which may be the same or different processors as the processors running the existing classifier 114. For example, the existing classifier 114 and the modified classifier 116 may be implemented in a data processing unit. The one or more processors executing the existing fault classifier 116 may be remote processors, such as those located in the cloud, or may be local processors. For example, the one or more processors executing the modified classifier 116 may be located in one of the sensors 102.

Существующий классификатор 114 неисправностей модифицируют посредством настройки классификатора на новый набор данных, содержащий множество наборов сигналов, получаемых датчиками 102, и, необязательно, множество наборов данных о рабочем состоянии первого множества механических станков 104. Например, как видно на фиг. 1, в случае, когда первое множество датчиков 102 содержит только тип S1 датчика, модифицированный классификатор 116 может быть адаптирован к типу S1 датчика. Кроме того, в качестве примера, как показано на фиг. 2, в случае, когда первое множество датчиков содержит множество типов S1, S11 датчиков и т.д., модифицированный классификатор 116 может быть адаптирован к этому множеству типов датчиков. Благодаря настройке существующего классификатора 114 для создания модифицированного классификатора 116 этот классификатор калибруют таким образом, чтобы он стал применим к набору данных, различному от того набора данных, на основе которого этот классификатор был изначально обучен. Настройка включает соответствие между исходными характеристиками датчика, на основе которых предварительно был обучен классификатор 114, и характеристик датчика первого множества датчиков 102.The existing fault classifier 114 is modified by adjusting the classifier to a new data set containing a plurality of signal sets received by sensors 102 and optionally a plurality of operating status data sets of the first plurality of machine tools 104. For example, as seen in FIG. 1, in the case where the first set of sensors 102 contains only the sensor type S1, the modified classifier 116 can be adapted to the sensor type S1. Moreover, as an example, as shown in FIG. 2, in the case where the first sensor set contains a plurality of sensor types S1, S11, etc., the modified classifier 116 can be adapted to this plurality of sensor types. By customizing an existing classifier 114 to create a modified classifier 116, the classifier is calibrated to be applicable to a different dataset from the dataset from which the classifier was originally trained. The tuning includes a correspondence between the original sensor characteristics from which the classifier 114 was previously trained and the sensor characteristics of the first set of sensors 102.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения настройка включает соответствие между распределением частотных характеристик исходного множества датчиков, на основе которого предварительно был обучен классификатор 114, и распределением частотных характеристик датчиков первого множества датчиков 102. Это соответствие может быть выполнено между распределениями частотных характеристик датчиков, а не просто частотными характеристиками датчиков, поскольку частотные характеристики как датчиков, на основе которых классификатор 114 был предварительно обучен, так и первого множества датчиков 102, могут быть распределены. Это распределение может возникать вследствие реальных различий между датчиками в каждом множестве, таких как различия в характеристиках станка, различия в местоположении датчика, монтаже датчика, точном типе монтажа датчика и т.д.In one embodiment of the present invention, the tuning includes a correspondence between the frequency response distribution of the original sensor set, from which the classifier 114 was previously trained, and the sensor frequency response distribution of the first sensor set 102. This mapping can be performed between the frequency response distributions of the sensors, and not just the frequency responses of the sensors since the frequency responses of both the sensors on which the classifier 114 has been pre-trained and the first set of sensors 102 can be distributed. This distribution may arise due to actual differences between the probes in each set, such as differences in machine characteristics, differences in probe location, probe mounting, exact probe mounting type, and so on.

Соответствие могут выполнять контролируемым образом. В этом варианте осуществления в системе 100 может содержаться блок 110 сбора данных, а помеченные сигналы подают на существующий классификатор 114 неисправностей. Дополнительные подробности, касающиеся того, как существующий классификатор 114 неисправностей модифицируют при помощи соответствия между датчиками контролируемым образом, представлены ниже со ссылкой на фиг. 3.Compliance may be performed in a controlled manner. In this embodiment, the system 100 may contain a data acquisition unit 110, and the tagged signals are fed to an existing fault classifier 114. Additional details regarding how the existing fault classifier 114 is modified with sensor-to-sensor matching in a controlled manner are presented below with reference to FIG. 3.

Альтернативно, соответствие могут выполнять неконтролируемым образом. В этом случае в системе 100 не обязательно должен содержаться блок 110 сбора, а сигналы без соответствующих рабочих состояний подают на существующий классификатор 114 неисправностей. Существующий классификатор 114 неисправностей может быть модифицирован при помощи неконтролируемого обучения для соответствия различий между распределениями частотных характеристик датчиков, на основе которых был предварительно обучен классификатор 114, и новых датчиков, например, первого множества датчиков 102.Alternatively, the matching may be performed in an unsupervised manner. In this case, the system 100 need not contain a collection unit 110, but signals without corresponding operating states are fed to the existing fault classifier 114. The existing fault classifier 114 can be modified using unsupervised learning to match the differences between the frequency response distributions of the sensors from which classifier 114 was previously trained and new sensors, such as the first set of sensors 102.

Альтернативно, соответствие могут выполнять полуконтролируемым образом, в котором помеченные сигналы подают на существующий классификатор 114 неисправностей, а соответствие между датчиками для создания модифицированного классификатора 116 выполняют неконтролируемым образом. Дополнительные подробности, относящиеся к неконтролируемому соответствию, представлены ниже со ссылкой на фиг. 3-4B.Alternatively, the matching may be performed in a semi-supervised manner, in which tagged signals are applied to the existing fault classifier 114 and matching between sensors to create a modified classifier 116 is performed in an unsupervised manner. Additional details relating to unsupervised matching are provided below with reference to FIG. 3-4B.

Модифицированный классификатор 116, адаптированный посредством соответствия таким образом, что применим к данным от первого множества датчиков 102, теперь готов к использованию для классификации сигналов, получаемых датчиками того же типа или типов, что и первое множество датчиков 102.The modified classifier 116, adapted by matching to be applicable to data from the first set of sensors 102, is now ready to be used to classify signals received by sensors of the same type or types as the first set of sensors 102.

Пример использования модифицированного классификатора 116 для идентификации неисправностей в сигналах, получаемых датчиком того же типа, что и первое множество датчиков 102, дополнительно показан на фиг. 1 и 2. Как видно на фиг. 1 и 2, по меньшей мере один датчик 122, например, датчик S1 на фиг. 1 и датчики S1-S1N на фиг. 2, может получать по меньшей мере один набор сигналов, исходящих по меньшей мере от одного заданного механического станка, здесь обозначенного как механический станок X, указанный ссылочным обозначением 124. Механический станок 124 может иметь по меньшей мере одну общую характеристику с первым множеством механических станков 104, а также с множеством механических станков, на основе сигналов от которых был обучен существующий классификатор 114 неисправностей. Механический станок 124 может быть элементом первого множества механических станков 104, а может и не быть. Следует понимать, что хотя механический станок 124 показан здесь реализованным в виде одного станка, это сделано только в целях простоты, и система 100 может содержать любое количество механических станков 124, например один, два или более механических станков 124, которые могут быть или не быть одинаковыми друг с другом при условии, что станки 124 имеют указанную по меньшей мере одну общую характеристику, как описано выше.An example of using a modified classifier 116 to identify faults in signals received by a sensor of the same type as the first set of sensors 102 is further shown in FIG. 1 and 2. As seen in FIG. 1 and 2, at least one sensor 122, such as sensor S1 in FIG. 1 and sensors S1-S1N in FIG. 2 may receive at least one set of signals emanating from at least one given machine tool, here designated as machine tool X, indicated by 124. The machine tool 124 may have at least one characteristic in common with the first set of machine tools 104 , as well as with many machine tools, on the basis of the signals from which the existing fault classifier 114 was trained. The machine tool 124 may or may not be a member of the first set of machine tools 104. It should be understood that although machine tool 124 is shown here implemented as a single machine, this is for simplicity only, and system 100 may include any number of machine tools 124, such as one, two, or more machine tools 124, which may or may not be identical with each other, provided that the machines 124 have the specified at least one common characteristic, as described above.

По меньшей мере один датчик 122 является одним из первого множества датчиков 102, что означает, что датчик 122 имеет тот же тип, что и первое множество датчиков 102. Как показано на фиг. 1, в случае, когда первое множество датчиков 102 содержит один тип датчиков, т.е. датчик S1, датчик 122 также относится к типу датчика S1. Как показано на фиг. 2, в случае, когда первое множество датчиков 102 содержит множество типов датчиков, т.е. датчики S1-S1N, по меньшей мере один датчик 122 также содержит то же множество типов датчиков, т.е. датчики S1-S1N. По меньшей мере один датчик 122 предпочтительно выполнен с возможностью получения по меньшей мере одного набора сигналов, исходящих от заданного механического станка 124. Наборы сигналов могут представлять собой «моментальные сигналы», воспринимаемые по меньшей мере одним датчиком 122 в течение короткого периода времени. Например, сигнал может восприниматься в течение нескольких секунд, например, одной-четырех секунд. Альтернативно, наборы сигналов могут содержать множество «моментальных сигналов» в течение периода времени, например, «моментальные сигналы» в течение четырех секунд, измеряемые каждый час в течение периода в несколько часов, дней или даже месяцев. Альтернативно, наборы сигналов могут содержать непрерывно отслеживаемые сигналы в течение более длительного периода или более чем одного периода времени. Например, сигнал можно непрерывно отслеживать каждую миллисекунду.At least one sensor 122 is one of the first plurality of sensors 102, which means that the sensor 122 is of the same type as the first plurality of sensors 102. As shown in FIG. 1, in the case where the first plurality of sensors 102 contains one type of sensors, i. e. sensor S1, sensor 122 also belongs to the type of sensor S1. As shown in FIG. 2, in the case where the first plurality of sensors 102 contains a plurality of sensor types, i. e. sensors S1-S1N, at least one sensor 122 also contains the same plurality of sensor types, ie. sensors S1-S1N. The at least one sensor 122 is preferably configured to receive at least one set of signals from a given machine tool 124. The signal sets may be "instantaneous signals" sensed by at least one sensor 122 for a short period of time. For example, the signal may be perceived within a few seconds, such as one to four seconds. Alternatively, the waveform sets may comprise a plurality of "snapshots" over a period of time, such as four second "snapshots" measured every hour over a period of several hours, days, or even months. Alternatively, signal sets may contain continuously monitored signals over a longer period or more than one time period. For example, a signal can be continuously monitored every millisecond.

Сигналы, получаемые по меньшей мере одним датчиком 122, могут быть предварительно обработаны, например, с помощью возможностей аналоговой или цифровой обработки самого датчика 122 или других аппаратных и/или программных компонентов 128 обработки сигналов. Следует понимать, что хотя процессор 128 обработки сигналов показан на фиг. 1 и 2 как отдельный элемент по меньшей мере от одного датчика 122, функциональность обработки сигналов может быть встроена в один или более датчиков 122. Предварительная обработка сигнала может включать по меньшей мере одно из следующего: оцифровку, сжатие, извлечение признаков и представление сигнала во временной или частотной области.The signals received by at least one sensor 122 may be pre-processed, for example, using the analog or digital processing capabilities of the sensor 122 itself or other hardware and/or software signal processing components 128. It should be understood that although the signal processor 128 is shown in FIG. 1 and 2 as a separate element from at least one sensor 122, signal processing functionality may be built into one or more sensors 122. Signal pre-processing may include at least one of the following: digitization, compression, feature extraction, and signal time representation. or frequency domain.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения сигналы, получаемые по меньшей мере одним датчиком 122, могут быть загружены на удаленный сервер, такой как облачный сервер. Функциональность 128 обработки сигналов может выполняться на удаленном сервере.In one embodiment of the present invention, signals received by at least one sensor 122 may be uploaded to a remote server, such as a cloud server. Signal processing functionality 128 may be performed on a remote server.

Набор сигналов, получаемый по меньшей мере одним датчиком, здесь в качестве примера реализованном в виде датчика 122, исходящим по меньшей мере от одного заданного механического станка, здесь в качестве примера реализованном в виде механического станка X, может быть предоставлен на модифицированный классификатор 116. Модифицированный классификатор 116 может быть выполнен с возможностью автоматической идентификации по меньшей мере одной неисправности механического станка X на основе набора исходящих от него сигналов. Следует понимать, что модифицированный классификатор 116 может точно применяться к сигналам, получаемым по меньшей мере одним датчиком 122, поскольку модифицированный классификатор 116 адаптирован для классификации сигналов, получаемых датчиками типа первого множества датчиков 102.A set of signals received by at least one sensor, here exemplarily implemented as sensor 122, originating from at least one given machine tool, here exemplarily implemented as machine tool X, may be provided to a modified classifier 116. The modified the classifier 116 may be configured to automatically identify at least one fault of the machine tool X based on a set of signals output from it. It should be understood that the modified classifier 116 can be accurately applied to signals received by at least one sensor 122, since the modified classifier 116 is adapted to classify signals received by sensors such as the first set of sensors 102.

Идентификация неисправностей модифицированным классификатором 116 может включать идентификацию одной или более конкретных неисправностей отслеживаемого станка 104. В зависимости от конкретного отслеживаемого станка 104 конкретная идентифицированная неисправность может содержать износ подшипников станка с вращательным движением, механическую ослабленность, нарушение соосности, нарушение баланса, электрические неисправности или другие неисправности.The identification of faults by the modified classifier 116 may include the identification of one or more specific faults of the monitored machine 104. Depending on the particular machine 104 being monitored, the particular fault identified may include worn rotating machine bearings, mechanical looseness, misalignment, imbalance, electrical faults, or other faults. .

Альтернативно, идентификация неисправностей может включать идентификацию станка X, находящегося в неисправном состоянии, то есть в аномальном состоянии по отношению к его нормальному рабочему состоянию, но без идентификации конкретной неисправности. В этом случае идентификация неисправности идентифицирует станок как неработающий нормальным образом, но не идентифицирует, что является конкретной причиной этой ненормальной работы.Alternatively, the fault identification may include identifying machine X as being in a faulty state, that is, in an abnormal state with respect to its normal operating state, but without identifying a specific fault. In this case, the fault identification identifies the machine as not operating normally, but does not identify what is the specific cause of this abnormal operation.

Системы 100 и 100A могут дополнительно содержать устройство 130 вывода. Устройство 130 вывода может быть выполнено с возможностью получения выходных данных об идентификации неисправности от модифицированного классификатора 116 и предоставления воспринимаемых человеком выходных данных, содержащих по меньшей мере идентификацию неисправности по меньшей мере одного заданного механического станка 124. Воспринимаемые человеком выходные данные могут содержать по меньшей мере одни из визуальных, тактильных или звуковых выходных данных. Предпочтительно, по меньшей мере одну операцию по ремонту или техническому обслуживанию выполняют на основе указанных воспринимаемых человеком выходных данных.Systems 100 and 100A may further comprise an output device 130. The output device 130 may be configured to receive a fault identification output from the modified classifier 116 and provide human-readable output data containing at least a fault identification of at least one given machine tool 124. The human-readable output data may comprise at least one from visual, tactile or audio output. Preferably, at least one repair or maintenance operation is performed based on said human-perceptible output.

Например, в случае, когда модифицированный классификатор 116 выполняется удаленным процессором, выходные данные об идентификации неисправности модифицированного классификатора 116 могут быть переданы на устройство 130 вывода.For example, in the case where the modified classifier 116 is executed by a remote processor, the fault identification output of the modified classifier 116 may be transmitted to the output device 130 .

Выходное устройство 130 также может быть выполнено с возможностью прогнозирования отказа по меньшей мере одного заданного механического станка 124 вследствие неисправности, идентифицированной модифицированным классификатором 116, при отсутствии выполнения рекомендованной операции по техническому обслуживанию, такой что по меньшей мере один заданный механический станок 124 действительно выйдет из строя при отсутствии выполнения рекомендованной операции по техническому обслуживанию.The output device 130 may also be configured to predict the failure of at least one target machine tool 124 due to a fault identified by the modified classifier 116 in the absence of a recommended maintenance operation such that at least one target machine tool 124 will actually fail. if the recommended maintenance operation is not performed.

В некоторых случаях техническое обслуживание 132 заданного станка 124 могут выполнять в ответ на воспринимаемые человеком выходные данные, предоставляемые устройством 130 вывода. Устройство 130 вывода необязательно может быть функционально соединено с контроллером станка 124, и работу станка 124 могут регулировать в ответ на идентификацию неисправности. Например, станок 124 может быть выключен, может работать на пониженной мощности или отрегулирован иным образом. Такая регулировка может быть автоматической или может управляться экспертом-человеком в ответ на воспринимаемые человеком выходные данные, предоставляемые устройством 130 вывода.In some cases, maintenance 132 of a given machine tool 124 may be performed in response to human-perceptible output provided by output device 130. The output device 130 may optionally be operatively connected to the machine controller 124 and the operation of the machine 124 may be adjusted in response to the identification of the fault. For example, machine tool 124 may be turned off, run at reduced power, or otherwise adjusted. Such adjustment may be automatic or may be controlled by a human expert in response to human-perceptible output provided by output device 130.

Дополнительные подробности о самом существующем классификаторе 114 и о том, как можно адаптировать или откалибровать существующий классификатор 114 для создания модифицированного классификатора 116, теперь представлены со ссылкой на фиг. 3-4B, на которых показаны упрощенная иллюстрация модификации классификатора, осуществляемая любой из систем типов, показанных на фиг. 1 и 2, и упрощенные соответствующие структурные схемы компонентов двух возможных систем для обучения классификатора, используемого в системе по фиг. 1 или 2, соответственно. В одном варианте осуществления настоящего изобретения системы 100 и 100A могут содержать энергонезависимый читаемый с помощью носитель данных, на котором сохранены исполняемые компьютером инструкции для выполнения одним или более процессорами способа модификации классификатора, как подробно описано ниже в отношении фиг. 4A и 4B. Такие процессоры могут представлять собой удаленные процессоры или локальные процессоры.Additional details about the existing classifier 114 itself and how the existing classifier 114 can be adapted or calibrated to create a modified classifier 116 are now presented with reference to FIG. 3-4B, which show a simplified illustration of classifier modification performed by any of the type systems shown in FIG. 1 and 2, and simplified respective block diagrams of the components of two possible systems for training the classifier used in the system of FIG. 1 or 2, respectively. In one embodiment of the present invention, systems 100 and 100A may comprise a non-volatile readable storage medium that stores computer executable instructions for one or more processors to perform a classifier modification method, as detailed below with respect to FIG. 4A and 4B. Such processors may be remote processors or local processors.

Как видно на фиг. 3, существующий классификатор 114 неисправностей может представлять собой классификатор 300 искусственной нейронной сети (ИНС) для контролируемого обнаружения неисправностей и аномалий. Например, ИНС 300 может быть выполнена с возможностью идентификации конкретной неисправности или аномалии работы в станках, имеющих вращающийся компонент. Без потери общности классификатор 114 неисправностей, имеющий многослойную архитектуру персептрона, показан на фиг. 3. Однако следует понимать, что системы и способы в соответствии с настоящим изобретением могут быть применены к классификатору неисправностей любого типа независимо от его структуры. В частности, числовые слои и нейроны, показанные на фиг. 3, приведены только в качестве очень упрощенного примера с целью иллюстрации принципов настоящего изобретения. Кроме того, существующий классификатор 114 неисправностей может представлять собой неконтролируемый классификатор неисправностей, как описан выше, таким как автокодировщик, глубокая сеть доверия, классификатор на основе кластеризации по K-средним или скрытых марковских моделях, или любой другой тип модели, выполненный с возможностью проведения неконтролируемого обучения.As seen in FIG. 3, an existing fault classifier 114 may be an artificial neural network (ANN) classifier 300 for supervised fault and anomaly detection. For example, the ANN 300 may be configured to identify a specific malfunction or anomaly in machine tools having a rotating component. Without loss of generality, a fault classifier 114 having a multilayer perceptron architecture is shown in FIG. 3. However, it should be understood that the systems and methods in accordance with the present invention can be applied to any type of fault classifier regardless of its structure. In particular, the number layers and neurons shown in FIG. 3 are only given as a very simplified example for the purpose of illustrating the principles of the present invention. In addition, the existing fault classifier 114 may be an unsupervised fault classifier as described above, such as an autoencoder, a deep web of trust, a classifier based on K-means clustering or hidden Markov models, or any other type of model capable of conducting an unsupervised learning.

На верхней панели 302 на фиг. 3 показан пример существующего классификатора 114 в его исходном немодифицированном виде, после его обучения и до какой-либо его модификации с целью соответствия между типами датчиков в соответствии с настоящим изобретением.On top panel 302 in FIG. 3 shows an example of an existing classifier 114 in its original, unmodified form, after it has been trained, and before it has been modified in any way to match between sensor types in accordance with the present invention.

Существующий классификатор 114 может иметь многослойную архитектуру. Слой 308 данных может представлять собой слой, содержащий входные данные в виде наборов сигналов датчиков. Входной слой 310 может представлять собой исходный слой, на котором наборы сигналов датчиков вводят в сеть 300. На каждом из множества последующих скрытых слоев 312 наборы сигналов объединяют с соответствующими весовыми коэффициентами и функцией активации, применяемой к объединенному выходу слоя, прежде чем перенаправить его на следующий слой из скрытых слоев 312. Этот процесс повторяется для каждого слоя из скрытых слоев 312, пока не будет достигнут выходной слой 314. Выходной слой 314 выдает показатель неисправности. Этот показатель представляет собой идентификацию неисправности. Идентификация неисправности может включать идентификацию настоящей конкретной неисправности или аномалии или прогноз предстоящей в будущем конкретной неисправности. Неисправность может содержать любой тип аномалии станка.The existing classifier 114 may have a layered architecture. The data layer 308 may be a layer containing input data in the form of sets of sensor signals. The input layer 310 may be the source layer on which sets of sensor signals are injected into the network 300. At each of the multiple subsequent hidden layers 312, the signal sets are combined with appropriate weights and an activation function applied to the combined output of the layer before being forwarded to the next layer. layer of hidden layers 312. This process is repeated for each layer of hidden layers 312 until the output layer 314 is reached. The output layer 314 provides a fault indicator. This indicator represents the fault identification. Fault identification may include identifying a present particular fault or anomaly, or predicting a future particular fault. The fault can contain any type of machine anomaly.

Общее математическое выражение для архитектуры ИНС, показанной на панели 302 на фиг. 3, в пределах сетевых слоевThe general mathematical expression for the ANN architecture shown in panel 302 of FIG. 3, within network layers

Figure 00000001
Figure 00000001

где s - это вход нейрона, который для первого слоя 310 представляет собой сигнал датчика, σ - функция активации, ω - вес, b - член смещения, а i и j - индексы, которые работают на входных точках данных слоя и нейронах, соответственно.where s is the input of the neuron, which for the first layer 310 is the sensor signal, σ is the activation function, ω is the weight, b is the bias term, and i and j are indices that operate on the layer's input data points and neurons, respectively.

Обучение сети 300 для создания существующего классификатора 114 может быть лучше понято с помощью дополнительной ссылки на фиг. 4A и 4B.Training the network 300 to create an existing classifier 114 can be better understood with additional reference to FIG. 4A and 4B.

Обратимся сначала к фиг. 4A, система 400 для обучения существующего классификатора 114 может содержать второе множество датчиков 402. Датчики 402 предпочтительно соединены с соответствующим вторым множеством механических станков 404. Все из второго множества датчиков 402 могут быть все одинакового второго типа, обозначенного здесь как тип S2 датчика. Альтернативно, датчики 402 могут содержать множество типов датчиков, соединенных с каждым соответствующим одним из второго множества механических станков 404. Случай второго множества датчиков 402, содержащего множество типов датчиков, показан в системе 400A на фиг. 4B. Система 400А в целом имеет сходство с системой 400, за исключением включения в нее множества типов датчиков 402. Обратимся теперь к фиг. 4B, следует понимать, что второе множество датчиков 402, показанных на фиг. 4B, может содержать любое количество датчиков S2-S2N, например, два или более датчиков. Эти датчики могут представлять собой, например, комбинацию датчиков вибрации, датчиков магнитного потока, датчиков тока, датчиков температуры или датчиков для восприятия других параметров, связанных с работой станков 404, таких как крутящий момент, смещение, частота входной линии и т.д. Датчики S2-S2N могут относиться к взаимно различным типам, но предпочтительно относятся к одинаковому типу в отношении каждого из наборов датчиков, соединенных с каждым из станков 404.Referring first to FIG. 4A, a system 400 for training an existing classifier 114 may comprise a second plurality of sensors 402. The sensors 402 are preferably coupled to a respective second plurality of machine tools 404. All of the second plurality of sensors 402 may all be of the same second type, referred to here as sensor type S2. Alternatively, the sensors 402 may comprise a plurality of sensor types coupled to each respective one of the second plurality of machine tools 404. The case of a second plurality of sensors 402 comprising a plurality of sensor types is shown in system 400A in FIG. 4b. System 400A generally resembles system 400 except for the inclusion of multiple types of sensors 402. Referring now to FIG. 4B, it should be understood that the second set of sensors 402 shown in FIG. 4B may include any number of sensors S2-S2N, such as two or more sensors. These sensors may be, for example, a combination of vibration sensors, magnetic flux sensors, current sensors, temperature sensors, or sensors for sensing other parameters associated with the operation of machine tools 404, such as torque, displacement, input line frequency, and so on. Sensors S2-S2N may be of mutually different types, but are preferably of the same type with respect to each of the sets of sensors connected to each of the machines 404.

Датчики 402, например датчик S2 или датчики S2-S2N, могут отличаться от первого множества датчиков 102 на фиг. 1 или отличаться от типов S1-S1N датчиков первого множества датчиков 102 на фиг. 2. Возможна любая комбинация вариантов осуществления, показанных на фиг. 1 и 2, а также 4A и 4B, то есть первое множество датчиков 102 может содержать только один тип датчика S1, а второе множество датчиков 402 может содержать только один тип датчика S2, различного от S1 (вариант осуществления, показанный на фиг. 1 и фиг. 4А); первое множество датчиков 102 может содержать датчик только одного типа S1, а второе множество датчиков 402 может содержать множество типов датчиков S2-S2N, по меньшей мере некоторые из которых различаются от S1 (вариант осуществления, показанный на фиг. 1 и фиг. 4B); первое множество датчиков 102 может содержать множество типов датчиков S1-S1N, а второе множество датчиков 402 может содержать только один тип датчиков S2, который различается по меньшей мере от некоторых из S1-S1N (вариант осуществления, показанный фиг. 2 и фиг. 4A); первое множество датчиков 102 может содержать множество типов датчиков S1-S1N, и второе множество датчиков 402 может содержать множество типов датчиков S2-S2N, по меньшей мере некоторые из которых различаются от S1-S1N (вариант осуществления, показанный на фиг. 2 и фиг. 4B).Sensors 402, such as sensor S2 or sensors S2-S2N, may be different from the first set of sensors 102 in FIG. 1 or be different from the sensor types S1-S1N of the first plurality of sensors 102 in FIG. 2. Any combination of the embodiments shown in FIG. 1 and 2, as well as 4A and 4B, that is, the first set of sensors 102 may contain only one type of sensor S1, and the second set of sensors 402 may contain only one type of sensor S2, different from S1 (the embodiment shown in Fig. 1 and Fig. 4A); the first set of sensors 102 may contain a sensor of only one type S1, and the second set of sensors 402 may contain a plurality of sensor types S2-S2N, at least some of which are different from S1 (the embodiment shown in Fig. 1 and Fig. 4B); the first set of sensors 102 may contain a plurality of sensor types S1-S1N, and the second set of sensors 402 may contain only one type of sensors S2, which differs from at least some of the S1-S1N (the embodiment shown in Fig. 2 and Fig. 4A) ; the first plurality of sensors 102 may comprise a plurality of sensor types S1-S1N, and the second plurality of sensors 402 may comprise a plurality of sensor types S2-S2N, at least some of which are different from S1-S1N (the embodiment shown in FIG. 2 and FIG. 4B).

В некоторых вариантах осуществления первое и второе множество датчиков 102 и 402 могут содержать некоторые общие датчики, например, первое множество датчиков 102 может содержать датчики вибрации и магнитные датчики, а второе множество датчиков 402 может содержать только магнитные датчики.In some embodiments, the first and second sets of sensors 102 and 402 may contain some common sensors, for example, the first set of sensors 102 may contain vibration sensors and magnetic sensors, and the second set of sensors 402 may contain only magnetic sensors.

Здесь, в качестве примера, второе множество механических станков 404 показано как содержащее механические станки 1, 2 - N, где N может представлять собой любое количество механических станков, например два или более механических станков. Как правило, датчики 402 соединены с механическими станками 404 в компоновке взаимно однозначного соответствия, причем один из датчиков 402 соединен с соответствующим одним из станков 404. Однако возможны и другие компоновки, в которых один датчик может быть выполнен с возможностью восприятия сигналов более чем от одного механического станка 404. Датчики 402 могут осуществлять физический контакт со станками 404, например, могут быть прямо или непрямо смонтированы на станках 404. Альтернативно, датчики 402 могут быть физически отделены от станков 404, например, расположены на заданном расстоянии от станков 404, например, в случае, когда датчики 402 представляют собой оптические датчики.Here, by way of example, the second plurality of machine tools 404 is shown as containing machine tools 1, 2 - N, where N can be any number of machine tools, such as two or more machine tools. Typically, sensors 402 are connected to machine tools 404 in a one-to-one correspondence arrangement, with one of the sensors 402 connected to a corresponding one of the machine tools 404. However, other arrangements are possible in which one sensor can be configured to sense signals from more than one machine tool 404. Sensors 402 may be in physical contact with machine tools 404, such as being directly or indirectly mounted on machine tools 404. Alternatively, sensors 402 may be physically separated from machine tools 404, such as being located at a predetermined distance from machine tools 404, such as in the case where the sensors 402 are optical sensors.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения датчики из второго множества датчиков 402 могут иметь в целом одинаковую частотную характеристику. Частотная характеристика второго множества датчиков 402 может быть названа распределением частотной характеристики датчиков 402. Первое множество датчиков 102 также может иметь в целом одинаковую частотную характеристику. Частотная характеристика первого множества датчиков 102 может быть названа распределением частотной характеристики датчиков 102. Благодаря тому, что датчики 402 относятся к различному типу, чем датчики 102, распределение частотной характеристики первого множества датчиков 102 различается от распределения частотной характеристики второго множества датчиков 402. Например, первое множество датчиков 102 может представлять собой одноосевые датчики вибрации, а второе множество датчиков 402 может представлять собой многоосевые датчики вибрации, или наоборот, или первое множество датчиков может представлять собой одноосевые датчики вибрации, а второе множество датчиков может представлять собой датчики магнитного потока. Только в качестве примера, датчики 102 и 402 или датчики 402 и 102 могут измерять сигналы вибрации и магнитного потока; сигналы вибрации и электрического тока; сигналы вибрации и температуры; сигналы электрического тока и магнитного потока; и сигналы вибрации и внутреннего давления станка, соответственно.In one embodiment of the present invention, the sensors from the second plurality of sensors 402 may have generally the same frequency response. The frequency response of the second set of sensors 402 may be referred to as the frequency response distribution of the sensors 402. The first set of sensors 102 may also have generally the same frequency response. The frequency response of the first set of sensors 102 may be referred to as the frequency response distribution of the sensors 102. Due to the fact that the sensors 402 are of a different type than the sensors 102, the frequency response distribution of the first set of sensors 102 is different from the frequency response distribution of the second set of sensors 402. For example, the first the plurality of sensors 102 may be single-axis vibration sensors and the second plurality of sensors 402 may be multi-axis vibration sensors, or vice versa, or the first plurality of sensors may be single-axis vibration sensors and the second plurality of sensors may be magnetic flux sensors. By way of example only, sensors 102 and 402 or sensors 402 and 102 can measure vibration and flux signals; vibration and electric current signals; vibration and temperature signals; electric current and magnetic flux signals; and machine vibration and internal pressure signals, respectively.

Предпочтительно, датчики 402 выполнены с возможностью восприятия сигналов, исходящих от механических станков 404. Механические станки 1-N, которые являются элементами второго множества механических станков 404, предпочтительно характеризуются одной или более характеристиками, общими как друг для друга, так и для механических станков 104. Механические станки 1-N могут быть, а могут и не быть одинаковыми станками, при условии, что они имеют хотя бы одну общую характеристику. Например, общие характеристики могут относиться к типу, номеру модели, производителю, физическим характеристикам или размерам, рабочим характеристикам или параметрам или другим общим характеристикам, которые указывают на то, что наблюдаемое поведение одного из механических станков из множества механических станков может быть типичным для другого механического станка из этого множества.Preferably, the sensors 402 are configured to sense signals from the machine tools 404. The machine tools 1-N, which are members of the second plurality of machine tools 404, preferably have one or more characteristics that are common to each other and to the machine tools 104 1-N machine tools may or may not be the same machine, provided they share at least one feature in common. For example, general characteristics may refer to a type, model number, manufacturer, physical characteristics or dimensions, performance characteristics or parameters, or other general characteristics that indicate that the observed behavior of one of the machine tools among a plurality of machine tools may be typical of another machine tool. machine from this set.

Предпочтительно, второе множество датчиков 402 выполнено с возможностью получения второго множества наборов сигналов, исходящих от второго множества механических станков 404. Наборы сигналов могут представлять собой «моментальные сигналы», воспринимаемые соответствующим одним из датчиков 402 в течение короткого периода времени. Например, сигнал может восприниматься в течение нескольких секунд, например, одной-четырех секунд. Альтернативно, каждый набор сигналов может содержать множество «моментальных сигналов» в течение периода времени, например, «моментальные сигналы» в течение четырех секунд, измеряемые каждый час в течение периода в несколько часов, дней или даже месяцев. Альтернативно, каждый набор сигналов может содержать непрерывно отслеживаемые сигналы в течение более длительного периода или более чем одного периода времени. Например, сигнал можно непрерывно отслеживать каждую миллисекунду.Preferably, the second plurality of sensors 402 is configured to receive a second plurality of signal sets from the second plurality of machine tools 404. The signal sets may be "instantaneous signals" sensed by a respective one of the sensors 402 for a short period of time. For example, the signal may be perceived within a few seconds, such as one to four seconds. Alternatively, each set of signals may comprise a plurality of "snapshots" over a period of time, such as four second "snapshots" measured every hour over a period of several hours, days, or even months. Alternatively, each set of signals may contain continuously monitored signals over a longer period or more than one period of time. For example, a signal can be continuously monitored every millisecond.

Сигналы, получаемые датчиками 402, могут быть предварительно обработаны, например, с помощью возможностей аналоговой или цифровой обработки самого датчика 402 или других аппаратных и/или программных обрабатывающих компонентов 408. Например, сигнал может представлять собой по меньшей мере один из следующих сигналов: оцифрованный, сжатый, из сигнала могут быть извлечены признаки, и сигналы могут быть представлены во временной или частотной области.The signals received by the sensors 402 may be pre-processed, for example, using the analog or digital processing capabilities of the sensor 402 itself or other hardware and/or software processing components 408. For example, the signal may be at least one of the following signals: digitized, compressed, features can be extracted from the signal, and the signals can be represented in the time or frequency domain.

Системы 400 и 400A могут необязательно содержать блок 410 сбора данных. Предпочтительно, блок 410 сбора данных выполнен с возможностью приема второго множества наборов данных о рабочем состоянии для механических станков из второго множества механических станков, причем каждый набор данных о рабочем состоянии указывает на рабочее состояние механического станка из указанного второго множества механических станков 404, и каждое рабочее состояние связано по меньшей мере с одним из наборов сигналов, получаемых вторым множеством датчиков 402.Systems 400 and 400A may optionally include a data acquisition unit 410. Preferably, the data acquisition unit 410 is configured to receive a second plurality of machine tool operating state data sets from the second machine tool plurality, each operating state data set indicating a machine tool operating state from said second machine tool set 404, and each operating state the state is associated with at least one of the sets of signals received by the second set of sensors 402.

Данные о рабочем состоянии, собираемые в блоке 410 сбора данных, предпочтительно представлены в виде диагнозов состояния станка, предоставляемых экспертами-людьми, такими как инженеры. Наборы сигналов, получаемые первым множеством датчиков 402, необязательно могут предоставлять на блок 410 сбора данных либо посредством процессора 408 обработки сигналов, и/или прямо или непрямо посредством датчиков 402.The operating condition data collected in the data acquisition unit 410 is preferably in the form of machine condition diagnoses provided by human experts such as engineers. The sets of signals received by the first set of sensors 402 may optionally be provided to the data acquisition unit 410 either via the signal processor 408 and/or directly or indirectly via the sensors 402.

Эти эксперты-люди могут анализировать наборы сигналов, получаемые вторым множеством датчиков 402, и помечать каждый набор сигналов из указанных наборов сигналов как представляющий конкретные рабочие состояния соответствующего механического станка 404, от которого исходят сигналы. Эксперты-люди могут взаимодействовать с пользовательским интерфейсом, например, блока 410 сбора данных или другого устройства, которое обеспечивает связь между экспертом-человеком и блоком сбора данных, для ввода данных о рабочем состоянии. Сигналы и применяемые к ним метки могут накапливаться и сохраняться в базе данных в блоке 410 сбора данных. В одном варианте осуществления настоящего изобретения блок 410 сбора данных может быть расположен на удаленном сервере, таком как облачный сервер.These human experts can analyze the signal sets received by the second set of sensors 402 and label each signal set from said signal sets as representing particular operating states of the respective machine tool 404 from which the signals originate. The human experts may interact with a user interface, such as the data acquisition unit 410 or other device that provides communication between the human expert and the data acquisition unit, to enter operating status data. The signals and the labels applied to them can be accumulated and stored in a database in block 410 of the data collection. In one embodiment of the present invention, data acquisition unit 410 may be located on a remote server, such as a cloud server.

Идентификация неисправностей экспертами-людьми может включать идентификацию одной или более конкретных неисправностей отслеживаемых станков 404. В зависимости от конкретного отслеживаемого станка 404 конкретная идентифицированная неисправность может содержать износ подшипников станка с вращательным движением, механическую ослабленность, нарушение соосности, нарушение баланса, электрические неисправности или другие неисправности. Альтернативно, идентификация неисправностей может включать идентификацию станка 404, находящегося в неисправном состоянии, то есть в аномальном состоянии по отношению к его нормальному рабочему состоянию, но без идентификации конкретной неисправности. В этом случае идентификация неисправностей экспертом-человеком идентифицирует станок как неработающий нормальным образом, но не идентифицирует, что является конкретной причиной этой ненормальной работы.The identification of faults by human experts may include the identification of one or more specific faults of the monitored machines 404. Depending on the particular machine 404 being monitored, the particular fault identified may include worn rotating machine bearings, mechanical looseness, misalignment, imbalance, electrical faults, or other faults. . Alternatively, fault identification may include identifying the machine 404 as being in a faulty state, that is, in an abnormal state with respect to its normal operating state, but without identifying a particular fault. In this case, the identification of faults by a human expert identifies the machine as not operating normally, but does not identify what is the specific cause of this abnormal operation.

Следует понимать, что в этом примере системы 400/400A предпочтительно содержат коллектор 410 данных, а сигналы предпочтительно помечают эксперты-люди для того, чтобы обучать классификатор 300 неисправностей контролируемым образом. Однако в других вариантах осуществления настоящего изобретения коллектор 410 данных может быть опущен, и сигналы не обязательно должны быть помечены экспертами-людьми. В этом случае существующий классификатор 114 неисправностей может быть изначально обучен с использованием неконтролируемого обучения.It should be understood that in this example, systems 400/400A preferably comprise a data collector 410 and signals are preferably labeled by human experts in order to train the fault classifier 300 in a supervised manner. However, in other embodiments of the present invention, the data collector 410 may be omitted and the signals need not be labeled by human experts. In this case, the existing fault classifier 114 may be initially trained using unsupervised learning.

Возвращаясь теперь к панели 302 на фиг. 3, сеть 300 может быть обучена при помощи подачи на нее наборов сигналов, получаемых вторым множеством датчиков 402, в качестве входных данных на слое 308, и подачи на нее связанных данных о рабочем состоянии, как помечены экспертами-людьми, в качестве требуемого соответствующего выхода на выходном слое 314. Обучение сети 300 может быть выполнено с использованием алгоритмов обратного распространения и градиентного спуска в отношении предварительно заданных меток данных. Параметры обучения, такие как функция потерь, скорость обучения, тип оптимизатора и т.д., предпочтительно выбирают в соответствии с выходным показателем. Например, для обнаружения бинарных неисправностей могут быть выбраны функция потерь перекрестной энтропии, оптимизатор Адама и слагаемое L2-регуляризации. Процесс обучения сначала применяют к набору данных, для которого все датчики 402 совместимы во всем наборе данных, что означает, что предпочтительно не смешивать датчики 402 для каждого вектора в точке данных.Returning now to panel 302 in FIG. 3, the network 300 can be trained by feeding it the signal sets received by the second set of sensors 402 as input to layer 308, and feeding it the associated operating state data, as labeled by human experts, as the required corresponding output. at the output layer 314. Training the network 300 may be performed using backpropagation and gradient descent algorithms on predefined data labels. Training parameters such as loss function, learning rate, optimizer type, etc. are preferably chosen according to the output metric. For example, a cross entropy loss function, an Adam optimizer, and an L2 regularization term can be chosen to detect binary faults. The training process is first applied to a dataset for which all sensors 402 are compatible across the entire dataset, which means that it is preferable not to mix the sensors 402 for each vector at a data point.

После завершения обучения предпочтительно фиксируются параметры сети 300, установленные на основе обучения. Эти параметры содержат функции активации и веса. Теперь сеть 300 составляет существующий классификатор, такой как существующий классификатор 114, выполненный на основе наборов сигналов датчиков, полученных вторым множеством датчиков 402. Теперь существующий классификатор 114 в форме обученной сети 300, показанной на панели 302, выполнен с возможностью точной классификации новых входных данных, имеющих такую же или аналогичную структуру и получаемых от тех же или аналогичных источников, что и данные, на основе которых был предварительно обучен существующий классификатор 114. В этом случае существующий классификатор 114 в виде обученной сети 300 выполнен с возможностью точной классификации новых входных сигналов, исходящих от станков, имеющих общую характеристику со станками 404 (фиг. 4A и 4B), и воспринимаемых датчиками того же типа, что и второе множество датчиков 402 (фиг. 4A и 4B). Однако, как подробно описано выше, существующий классификатор 114 в виде обученной сети 300 не выполнен с возможностью точной классификации новых входных сигналов, воспринимаемых датчиками различного типа, чем второе множество датчиков 402, таких как первое множество датчиков 102 (фиг. 1 и 2), несмотря на то, что эти новые входные сигналы исходят от станков, имеющих общую характеристику со станками 404, такими как первое множество станков 104. В этом случае точность классификатора будет значительно снижена вследствие различия частотных характеристик этих различных типов датчиков.After the training is completed, the parameters of the network 300 set based on the training are preferably fixed. These parameters contain activation and weight functions. The network 300 now constitutes an existing classifier, such as the existing classifier 114, based on the sensor signal sets received by the second set of sensors 402. The existing classifier 114, in the form of the trained network 300 shown in panel 302, is now capable of accurately classifying new input data, having the same or similar structure and derived from the same or similar sources as the data from which the existing classifier 114 was previously trained. In this case, the existing classifier 114 in the form of a trained network from machines having a common characteristic with machines 404 (FIGS. 4A and 4B) and sensed by sensors of the same type as the second set of sensors 402 (FIGS. 4A and 4B). However, as detailed above, the existing classifier 114 in the form of a trained network 300 is not designed to accurately classify new inputs sensed by sensors of a different type than a second set of sensors 402, such as the first set of sensors 102 (FIGS. 1 and 2). even though these new inputs come from machines that share a common characteristic with machines 404, such as the first set of machines 104. In this case, the accuracy of the classifier will be significantly reduced due to the different frequency responses of these different types of sensors.

Для того, чтобы сделать существующий классификатор 114 способным точно классифицировать наборы сигналов от датчика различного типа, например, первого множества датчиков 102, чем те, на основе которых был предварительно обучен этот классификатор, например, второе множество датчиков 402, существующий классификатор 114 может быть модифицирован. Модификация существующего классификатора 114 в виде сети 300 в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения показана на нижней панели 440 на фиг. 3.In order to make the existing classifier 114 able to accurately classify sets of signals from a sensor of a different type, for example, the first set of sensors 102, than those on which this classifier was previously trained, for example, the second set of sensors 402, the existing classifier 114 can be modified . A modification of the existing classifier 114 as a network 300 in accordance with the preferred embodiment of the present invention is shown in the bottom panel 440 of FIG. 3.

Как видно на нижней панели 440 на фиг. 3, для создания модифицированной сети 442 может быть модифицирована сеть 300. Предпочтительно, сеть 300 модифицируют посредством добавления в сеть 300 по меньшей мере одного дополнительного слоя 450. Указанный по меньшей мере один дополнительный слой 450 может быть назван «слоем соответствия» и может быть выполнен с возможностью изучения различия частотных характеристик между исходным типом датчика, т.е. вторым множеством датчиков 402, на основе которого был обучен классификатор 114 в виде сети 300, и новым типом датчика, т.е. первым множеством датчиков 102, от которых были собраны новые данные.As seen in the bottom panel 440 in FIG. 3, network 300 may be modified to create a modified network 442. Preferably, network 300 is modified by adding at least one additional layer 450 to network 300. Said at least one additional layer 450 may be referred to as a "match layer" and may be implemented with the ability to study the difference in frequency characteristics between the original type of sensor, i.e. a second set of sensors 402 from which the classifier 114 was trained as a network 300, and a new type of sensor, i. e. the first set of sensors 102 from which new data has been collected.

Конфигурация слоя 450 соответствия может быть выполнена посредством замораживания структуры и параметров всех слоев сети 300 и переобучения классификатора с помощью нового набора данных, получаемого от первого множества датчиков 102, как это предусмотрено элементами, заключенными в пунктирную рамку 115 и описанными выше в отношении фиг. 1 и 2. Таким образом, сеть 442 вынуждена оптимизировать весовые значения слоя 450 соответствия в отношении различия частотных характеристик двух датчиков, поскольку параметры всех других слоев сети 442 уже сконфигурированы, заморожены и не могут быть изменены. В результате слой 450 соответствия вынужден изучать соответствия между исходными наборами сигналов датчиков, обеспечиваемыми датчиками 402 (фиг. 4A и 4B), и новыми наборами сигналов датчиков, обеспечиваемыми датчиками 102 (фиг. 1 и 2).The mapping layer 450 may be configured by freezing the structure and parameters of all layers of the network 300 and retraining the classifier with the new data set received from the first set of sensors 102, as provided by the elements enclosed in dashed box 115 and described above with respect to FIG. 1 and 2. Thus, the network 442 is forced to optimize the weights of the matching layer 450 for the difference in frequency response of the two sensors, since the parameters of all other layers of the network 442 are already configured, frozen, and cannot be changed. As a result, the mapping layer 450 is forced to learn mappings between the original sensor signal sets provided by the sensors 402 (FIGS. 4A and 4B) and the new sensor signal sets provided by the sensors 102 (FIGS. 1 and 2).

Альтернативно, структура и параметры всех слоев сети 300 не обязательно должны быть заморожены, но могут быть настроены во время переобучения классификатора с помощью нового набора данных, получаемого от первого множества датчиков 102. В этом случае параметры сети 300 служат отправной точкой для настроенных параметров модифицированного классификатора 442.Alternatively, the structure and parameters of all layers of the network 300 do not have to be frozen, but can be tuned during classifier retraining with the new data set received from the first set of sensors 102. In this case, the parameters of the network 300 serve as the starting point for the tuned parameters of the modified classifier. 442.

Конфигурацию слоя 450 соответствия предпочтительно выбирают с учетом характера различия частотных характеристик между различными типами датчиков, например, первым и вторым множеством датчиков 102 и 402.The mapping layer 450 is preferably configured to take into account the nature of the difference in frequency response between different types of sensors, such as the first and second plurality of sensors 102 and 402.

В случае соответствия между различными датчиками одинакового типа, например, если и первое, и второе множество датчиков 102 и 402 представляют собой датчики вибрации, но различных типов, имеющих различные частотные характеристики, разность частотных характеристик обычно представляет собой линейную функцию частоты сигнала.In the case of a match between different sensors of the same type, for example, if both the first and second plurality of sensors 102 and 402 are vibration sensors but of different types having different frequency responses, the frequency response difference is typically a linear function of the signal frequency.

В случае соответствия между различными датчиками различных типов, например, если первое и второе множество датчиков 102 и 402 представляют собой вибрационные и магнитные датчики, соответственно, имеющие различные частотные характеристики, разность частотных характеристик, как правило, представляет собой нелинейную функцию, следовательно, требуется нелинейное соответствие. Соответственно, функция активации может, но не обязательно, принимать нелинейную форму.In the case of correspondence between different sensors of different types, for example, if the first and second plurality of sensors 102 and 402 are vibration and magnetic sensors, respectively, having different frequency responses, the frequency response difference is generally a non-linear function, therefore, a non-linear correspondence. Accordingly, the activation function may, but need not, take a non-linear form.

В некоторых случаях соответствие слоя 450 соответствия может быть облегчено путем предоставления слою 450 соответствия более сложных форм новых данных датчика, например, более сложных форм сигналов, получаемых первым множеством датчиков 102. Например, могут быть предоставлены обратные данные, логарифмические данные или другие формы данных. Процесс модификации входного сигнала может быть оптимизирован в отношении точности классификатора, в результате чего новые данные датчика модифицируют в соответствии с обратной связью о характеристиках точности классификатора, и затем повторно обучают слой 450 соответствия с помощью измененных данных.In some cases, the matching layer 450 may be facilitated by providing the matching layer 450 with more complex forms of new sensor data, such as more complex waveforms received by the first set of sensors 102. For example, inverse data, logarithmic data, or other forms of data may be provided. The input signal modification process can be optimized with respect to the classifier accuracy, whereby the new sensor data is modified in accordance with the feedback about the classifier accuracy characteristics, and then the conformance layer 450 is retrained with the modified data.

Предпочтительно, слой 450 соответствия включается в сеть 442 в качестве первого слоя после слоя 308 данных и в силу этого выполнен с возможностью приема входных данных в виде нового набора данных. Слой 450 соответствия находится выше по потоку от исходного входного слоя 310 и предшествует исходному входному слою 310 в отношении входных данных. Местоположение слоя 450 соответствия в сети 442 является важным, поскольку именно местоположение слоя 450 соответствия в качестве начального слоя в сети позволяет слою 450 соответствия изучать соответствие между типами датчиков и адаптировать поступающие новые данные, чтобы они были в надлежащем виде для перехода к другим скрытым слоям 312, расположенным ниже по потоку в сети 442.Preferably, the mapping layer 450 is included in the network 442 as the first layer after the data layer 308 and is therefore configured to receive input as a new data set. The mapping layer 450 is upstream of the original input layer 310 and precedes the original input layer 310 with respect to input. The location of the match layer 450 in the network 442 is important because it is the location of the match layer 450 as the initial layer in the network that allows the match layer 450 to learn the match between sensor types and adapt incoming new data so that it is in the proper form for transition to other hidden layers 312 located downstream in network 442.

В альтернативном варианте осуществления настоящего изобретения существующий классификатор неисправностей может быть изначально обучен неконтролируемым образом посредством предоставления ему большого количества данных датчика для того, чтобы классификатор обучился, как идентифицировать аномалии в данных датчика, относящихся к рабочему состоянию станка. Например, автокодировщик NN могут использовать для изучения низкоразмерного представления данных датчика и классификации на основе кластеризации, а затем использовать для идентификации выбросов (аномалий). Затем такой существующий неконтролируемый классификатор 114 неисправностей может быть модифицирован неконтролируемым образом в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения для создания модифицированного классификатора 116 неисправностей, адаптированного для идентификации аномалий в данных датчиков, получаемых датчиком различного типа, чем тот, на основе которого изначально был обучен существующий классификатор 114 неисправностей. Модифицированный классификатор 116 неисправностей может быть создан, например, посредством добавления к автокодировщику NN начального слоя соответствия, замораживания параметров всех слоев сети, кроме слоя соответствия, и обучения слоя соответствия изучению соответствия между исходным и новым типами датчиков. Во время обучения слоя соответствия с целью обучения на выходе автокодировщика NN после декодера может быть дополнительно добавлен другой слой соответствия, такой как слой обратного соответствия. Затем для идентификации выбросов (аномалий) выходные данные могут классифицировать с использованием классификации на основе кластеризации.In an alternative embodiment of the present invention, an existing fault classifier can be initially trained in an unsupervised manner by providing it with a large amount of sensor data in order for the classifier to learn how to identify anomalies in the sensor data related to the operating state of the machine. For example, the NN autoencoder can be used to learn a low-dimensional representation of sensor data and clustering-based classification, and then used to identify outliers (anomalies). Such an existing unsupervised fault classifier 114 can then be modified in an unsupervised manner in accordance with the preferred embodiment of the present invention to create a modified fault classifier 116 adapted to identify anomalies in sensor data obtained by a sensor of a different type than that from which the existing one was originally trained. classifier 114 faults. A modified fault classifier 116 can be created, for example, by adding an initial matching layer to the autoencoder NN, freezing the parameters of all network layers except the matching layer, and training the matching layer to learn the matching between the original and new sensor types. During the training of the match layer for training purposes, another match layer, such as an inverse match layer, can be additionally added after the decoder at the output of the NN autoencoder. The output can then be classified using clustering classification to identify outliers (anomalies).

Улучшение рабочих характеристик классификатора в результате обучения соответствия в соответствии с настоящим изобретением проиллюстрировано на следующих иллюстративных графиках:The improvement in classifier performance as a result of conformance learning in accordance with the present invention is illustrated in the following illustrative graphs:

На фиг. 5A показан пример производительности модифицированного классификатора в соответствии с настоящим изобретением в виде кривой «полнота-точность» (precision-recall). В этом примере классификатор неисправностей изначально был обучен и проверен на наборе данных, содержащем более 100 000 помеченных наборов сигналов, из которых 7000 наборов сигналов указывали на неисправности станка, полученные от станков с вращательным движением, содержащих подшипники, посредством одноосевых датчиков вибрации. После обучения классификатор неисправностей был протестирован на наборе данных, содержащем 20 000 наборов сигналов, 1400 из которых соответствовали неисправностям станка. Обученный таким образом классификатор неисправностей можно назвать существующим классификатором неисправностей.In FIG. 5A shows an example of the performance of a modified classifier in accordance with the present invention as a precision-recall curve. In this example, a fault classifier was initially trained and tested on a dataset containing over 100,000 labeled signal sets, of which 7,000 signal sets indicated machine faults, received from rotary motion machines containing bearings via single axis vibration sensors. After training, the fault classifier was tested on a data set containing 20,000 signal sets, 1400 of which corresponded to machine faults. A fault classifier trained in this way can be called an existing fault classifier.

Затем существующий классификатор был модифицирован в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения с обеспечением возможности классификации неисправностей на основе сигналов, получаемых трехосевыми датчиками вибрации от станков с вращательным движением, содержащих подшипники. Новый набор данных сигналов, полученный трехосевыми датчиками вибрации и использованный для модификации существующего классификатора неисправностей, содержал набор данных для обучения и проверки, состоящий из 256 наборов сигналов, из которых только 20 наборов сигналов были связаны с неисправными состояниями станка, а именно износом подшипника. Как описано выше, существующий классификатор неисправностей был модифицирован на основе этого очень небольшого набора сигналов.The existing classifier was then modified in accordance with the preferred embodiment of the present invention to be able to classify faults based on signals received by triaxial vibration sensors from rotary machines containing bearings. The new waveform dataset acquired by 3-axis vibration sensors and used to modify the existing fault classifier contained a training and verification dataset consisting of 256 waveforms, of which only 20 waveforms were associated with machine failure conditions, namely bearing wear. As described above, the existing fault classifier has been modified based on this very small set of signals.

Затем модифицированный классификатор неисправностей для проверки его производительности был применен к тестовому набору, состоящему из 7149 наборов сигналов, из которых 486 наборов сигналов были связаны с неисправными состояниями станков, для обнаружения неисправностей, причем сигналы были получены трехосевыми датчиками вибрации от станков с вращательным движением, содержащих подшипники (линия 502). Для сравнения, полностью новый классификатор был обучен «с нуля» с помощью тех же 256 наборов сигналов и применен к тому же тестовому набору, состоящему из 7149 наборов сигналов. (линия 504). Для полноты сравнения исходный существующий классификатор в его немодифицированном виде также был применен к примерному набору данных, состоящему из 7149 наборов сигналов (линия 506). Как видно из рассмотрения фиг. 5A, производительность модифицированного классификатора при идентификации неисправностей является наилучшей, несмотря на чрезвычайно малый набор предоставленных данных. Показатели, перечисленные на фиг. 5A, являются средними показателями точности, хотя можно использовать и другие примерные показатели.Then, a modified fault classifier to test its performance was applied to a test set consisting of 7149 signal sets, of which 486 signal sets were associated with machine fault conditions, to detect faults, and the signals were received by three-axis vibration sensors from rotary motion machines containing bearings (line 502). In comparison, a completely new classifier was trained from scratch with the same 256 signal sets and applied to the same test set of 7149 signal sets. (line 504). For completeness of comparison, the original existing classifier in its unmodified form was also applied to an exemplary dataset consisting of 7149 signal sets (line 506). As can be seen from a consideration of FIG. 5A, the performance of the modified classifier in fault identification is the best despite the extremely small set of data provided. The indicators listed in Fig. 5A are average accuracy figures, although other approximate figures can be used.

На фиг. 5B показан пример производительности модифицированного классификатора в соответствии с настоящим изобретением в виде кривой «полнота-точность» (precision-recall). В этом примере классификатор неисправностей изначально был обучен и проверен на наборе данных, содержащем более 100 000 помеченных наборов сигналов, из которых 7 000 наборов сигналов указывали на неисправности станка, полученные от станков с вращательным движением, содержащих подшипники, посредством одноосевых датчиков вибрации. После обучения классификатор неисправностей был протестирован на наборе данных, содержащем 20 000 наборов сигналов, 1400 из которых соответствовали неисправностям станка. Обученный таким образом классификатор неисправностей можно назвать существующим классификатором неисправностей.In FIG. 5B shows an example of the performance of a modified classifier in accordance with the present invention as a precision-recall curve. In this example, the fault classifier was initially trained and tested on a dataset containing over 100,000 labeled signal sets, of which 7,000 signal sets indicated machine faults, received from rotary motion machines containing bearings via single axis vibration sensors. After training, the fault classifier was tested on a data set containing 20,000 signal sets, 1400 of which corresponded to machine faults. A fault classifier trained in this way can be called an existing fault classifier.

Затем существующий классификатор был модифицирован в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения с обеспечением возможности классификации неисправностей на основе сигналов, получаемых трехосевыми датчиками вибрации от станков с вращательным движением, содержащих подшипники. Новый набор данных сигналов, полученный трехосевыми датчиками вибрации и использованный для модификации существующего классификатора неисправностей, содержал 924 набора сигналов, из которых только 70 наборов сигналов были связаны с неисправными состояниями станков, а именно с износом подшипника. Как описано выше, существующий классификатор неисправностей был модифицирован на основе этого очень небольшого набора сигналов. Затем модифицированный классификатор неисправностей для проверки его производительности был применен к набору, состоящему из 6841 набора сигналов и содержащему 436 наборов сигналов, соответствующих неисправностям станков, для обнаружения неисправностей, причем сигналы были получены трехосевыми датчиками вибрации от станков с вращательным движением, содержащих подшипники (линия 510). Для сравнения, полностью новый классификатор был обучен «с нуля» с помощью тех же 924 наборов сигналов, а также применен к 6841 примерным наборам данных (линия 512). Для полноты сравнения исходный существующий классификатор в его немодифицированном виде был также применен к 6841 примерным наборам данных (линия 514). Как видно из рассмотрения фиг. 5B, производительность модифицированного классификатора при идентификации неисправностей является наилучшей, несмотря на небольшой набор предоставленных данных. Показатели, перечисленные на фиг. 5B, являются средними показателями точности, хотя можно использовать и другие примерные показатели.The existing classifier was then modified in accordance with the preferred embodiment of the present invention to be able to classify faults based on signals received by triaxial vibration sensors from rotary machines containing bearings. The new waveform dataset acquired by 3-axis vibration sensors and used to modify the existing fault classifier contained 924 waveform sets, of which only 70 waveform sets were related to machine failure conditions, namely bearing wear. As described above, the existing fault classifier has been modified based on this very small set of signals. The modified fault classifier was then applied to a set of 6841 waveforms containing 436 waveform sets corresponding to machine faults to test its performance to detect faults, the signals being received by three-axis vibration sensors from rotary motion machines containing bearings (line 510 ). In comparison, a completely new classifier was trained from scratch with the same 924 signal sets and also applied to 6841 sample data sets (line 512). For completeness of comparison, the original existing classifier in its unmodified form was also applied to 6841 exemplary data sets (line 514). As can be seen from a consideration of FIG. 5B, the performance of the modified classifier in fault identification is the best despite the small set of data provided. The indicators listed in Fig. 5B are average accuracy figures, although other approximate figures can be used.

На фиг. 5C показан пример производительности модифицированного классификатора в соответствии с настоящим изобретением в виде кривой «полнота-точность» (precision-recall). В этом примере классификатор неисправностей изначально был обучен и проверен на наборе данных, содержащем более 100 000 помеченных наборов сигналов, из которых 7 000 наборов сигналов указывали на неисправности станка, полученные от станков с вращательным движением, содержащих подшипники, посредством одноосевых датчиков вибрации. После обучения классификатор неисправностей был протестирован на наборе данных, содержащем 20 000 наборов сигналов, 1400 из которых соответствовали неисправностям станка. Обученный таким образом классификатор неисправностей можно назвать существующим классификатором неисправностей.In FIG. 5C shows an example of the performance of a modified classifier in accordance with the present invention as a precision-recall curve. In this example, the fault classifier was initially trained and tested on a dataset containing over 100,000 labeled signal sets, of which 7,000 signal sets indicated machine faults, received from rotary motion machines containing bearings via single axis vibration sensors. After training, the fault classifier was tested on a data set containing 20,000 signal sets, 1400 of which corresponded to machine faults. A fault classifier trained in this way can be called an existing fault classifier.

Затем существующий классификатор был модифицирован с обеспечением возможности классификации неисправностей на основе сигналов, получаемых трехосевыми датчиками вибрации от станков с вращательным движением, содержащих подшипники. Новый набор данных сигналов, полученный трехосевыми датчиками вибрации и использованный для модификации существующего классификатора неисправностей, содержал 5924 набора сигналов, из которых только 350 наборов сигналов были связаны с неисправными состояниями станков, а именно с износом подшипника. Как описано выше, существующий классификатор неисправностей был модифицирован на основе этого небольшого набора сигналов. Затем модифицированный классификатор неисправностей для проверки его производительности был применен к набору, состоящему из 1481 примерных наборов сигналов и содержащему 156 наборов сигналов, соответствующих неисправностям станков, для обнаружения неисправностей, причем сигналы были получены трехосевыми датчиками вибрации от станков с вращательным движением, содержащих подшипники (линия 520). Для сравнения, полностью новый классификатор был обучен с помощью тех же 5924 наборов сигналов, а также применен к 1481 примерным наборам данных (линия 522). Для полноты сравнения исходный существующий классификатор в его немодифицированном виде также был применен к этим 1481 примерным наборам данных (линия 524). Как видно из рассмотрения рис. 5C, производительность модифицированного классификатора при идентификации неисправностей является наилучшей. Показатели, перечисленные на фиг. 5C, являются средними показателями точности, хотя можно использовать и другие примерные показатели.The existing classifier was then modified to be able to classify faults based on signals received by three-axis vibration sensors from rotary machines containing bearings. The new waveform dataset obtained by the 3-axis vibration sensors and used to modify the existing fault classifier contained 5924 waveform sets, of which only 350 waveform sets were related to machine failure conditions, namely bearing wear. As described above, the existing fault classifier has been modified based on this small set of signals. Then, a modified fault classifier to test its performance was applied to a set of 1481 exemplary signal sets containing 156 machine fault signal sets to detect faults, the signals being received by three-axis vibration sensors from rotary motion machines containing bearings (line 520). In comparison, a completely new classifier was trained with the same 5924 signal sets and also applied to 1481 sample data sets (line 522). For completeness of comparison, the original existing classifier in its unmodified form was also applied to these 1481 exemplary data sets (line 524). As can be seen from the examination of Fig. 5C, the performance of the modified classifier in fault identification is the best. The indicators listed in Fig. 5C are average accuracy figures, although other approximate figures can be used.

На фиг. 5D показан пример производительности модифицированного классификатора в соответствии с настоящим изобретением в виде кривой «полнота-точность» (precision-recall). В этом примере классификатор неисправностей был обучен и проверен на наборе данных, содержащем более 100 000 помеченных наборов сигналов, из которых 7 000 наборов сигналов указывали на неисправности станка, полученные от электрических двигателей, содержащих подшипники, посредством одноосевых датчиков вибрации. После обучения классификатор неисправностей был протестирован на наборе данных, содержащем 20 000 наборов сигналов, 1400 из которых соответствовали неисправностям станка. Обученный таким образом классификатор неисправностей можно назвать существующим классификатором неисправностей.In FIG. 5D shows an example of the performance of a modified classifier in accordance with the present invention as a precision-recall curve. In this example, a fault classifier was trained and tested on a dataset containing more than 100,000 labeled signal sets, of which 7,000 signal sets indicated machine faults received from electric motors containing bearings through single-axis vibration sensors. After training, the fault classifier was tested on a data set containing 20,000 signal sets, 1400 of which corresponded to machine faults. A fault classifier trained in this way can be called an existing fault classifier.

Существующий классификатор был модифицирован с обеспечением возможности классификации неисправностей на основе сигналов магнитного потока, получаемых магнитными датчиками от электрических двигателей, содержащих подшипники. Новый набор данных сигналов, полученный магнитными датчиками и использованный для модификации существующего классификатора неисправностей, содержал 3411 наборов сигналов, из которых только 222 набора сигналов были связаны с неисправными состояниями станков, а именно с износом подшипника. Как описано выше, существующий классификатор неисправностей был модифицирован на основе этого небольшого набора сигналов. Затем существующий классификатор неисправностей для проверки его производительности был применен к тестовому набору, состоящему из 754 сигналов и содержащему только 50 примерных наборов сигналов, соответствующих неисправностям станков, для обнаружения неисправностей, причем сигналы были получены магнитными датчиками от электрических двигателей, содержащих подшипники (линия 530). Для сравнения, полностью новый классификатор был обучен с помощью тех же 3411 наборов магнитных сигналов, а также применен к тем же 754 примерным наборам магнитных данных (линия 532). Для полноты сравнения исходный существующий классификатор в его немодифицированном виде также был применен к тем же 754 примерным наборам магнитных данных (линия 534). Как видно из рассмотрения рис. 5D, производительность модифицированного классификатора при идентификации неисправностей является наилучшей. Показатели, перечисленные на фиг. 5D, являются средними показателями точности, хотя можно использовать и другие примерные показатели.The existing classifier has been modified to classify faults based on magnetic flux signals received by magnetic pickups from electric motors containing bearings. The new signal data set obtained by magnetic pickups and used to modify the existing fault classifier contained 3411 signal sets, of which only 222 signal sets were associated with machine failure conditions, namely bearing wear. As described above, the existing fault classifier has been modified based on this small set of signals. Next, an existing fault classifier to test its performance was applied to a test set of 754 signals containing only 50 exemplary sets of signals corresponding to machine faults to detect faults, the signals being received by magnetic pickups from electric motors containing bearings (line 530) . In comparison, a completely new classifier was trained with the same 3411 magnetic signal sets and also applied to the same 754 sample magnetic data sets (line 532). For completeness of comparison, the original existing classifier in its unmodified form was also applied to the same 754 exemplary magnetic data sets (line 534). As can be seen from the examination of Fig. 5D, the performance of the modified classifier in fault identification is the best. The indicators listed in Fig. 5D are average accuracy figures, although other approximate figures can be used.

В приведенных выше примерах на фиг. 5A-5D, набор данных, на основе которого первоначально обучался классификатор 114, состоял из данных, воспринятых более чем от 40 000 отдельных станков с вращательным движением, содержащих главным образом двигатели, насосы, вентиляторы, редукторы, охладители и компрессоры. Записи о подшипниках, некоторые из которых измерялись более одного раза, велись в течение трех лет. Каждый подшипник измерялся по трем осям посредством одноосевого пьезоэлектрического датчика вибрации. В случае, если новый набор данных содержал данные от трехосевого датчика вибрации, это был трехосевой датчик вибрации MEMS.In the above examples in Fig. 5A-5D, the data set from which classifier 114 was originally trained consisted of data received from over 40,000 individual rotary machines, containing mainly motors, pumps, fans, gearboxes, coolers, and compressors. Bearing records, some of which were measured more than once, were kept for three years. Each bearing was measured in three axes using a single axis piezoelectric vibration sensor. In case the new data set contained data from a 3-axis vibration sensor, it was a 3-axis MEMS vibration sensor.

Как видно из приведенных выше данных, доля неисправностей в наборе данных составила приблизительно 7%. Классификатор был разработан с возможностью обнаружения неисправности одного подшипника, так что даже в тех случаях, когда дополнительные исправные подшипники станка давали сигналы, свидетельствующие об износе подшипников, вследствие близости исправных подшипников к неисправным подшипникам и вследствие распространения акустической волны между этими подшипниками, классификатор был выполнен с возможностью правильной классификации исправных подшипников как таковых. Метки данных были выполнены более 10 экспертами-людьми.As can be seen from the above data, the proportion of faults in the data set was approximately 7%. The classifier was designed to detect failure of a single bearing, so that even in cases where additional good bearings in the machine gave signals indicative of bearing wear, due to the proximity of good bearings to bad bearings and due to the propagation of an acoustic wave between these bearings, the classifier was made with the ability to correctly classify serviceable bearings as such. Data labeling was done by over 10 human experts.

Теперь обратимся к фиг. 6, где показана упрощенная блок-схема, иллюстрирующая этапы способа идентификации неисправности механического станка на основе переноса обучения в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения.Let us now turn to FIG. 6, which is a simplified flowchart illustrating the steps of a learning transfer-based machine fault identification method in accordance with a preferred embodiment of the present invention.

На фиг. 6 показан способ 600 идентификации неисправности станка. Как видно, на первом этапе 602 посредством первого множества датчиков могут получать первый набор сигналов, исходящих от множества механических станков. Датчики из первого множества датчиков предпочтительно относятся к первому взаимно одинаковому типу. Альтернативно, датчики из первого множества датчиков могут относиться к множеству типов. Датчики из первого множества датчиков могут иметь в целом одинаковую частотную характеристику датчика, которую можно назвать первым распределением частотной характеристики датчика.In FIG. 6 shows a method 600 for identifying a machine fault. As can be seen, in the first step 602, the first set of signals from the plurality of machine tools can be received by means of the first plurality of sensors. The sensors from the first plurality of sensors are preferably of the first mutually identical type. Alternatively, the sensors from the first plurality of sensors may be of a plurality of types. The sensors from the first plurality of sensors may have generally the same sensor frequency response, which may be referred to as the first sensor frequency response distribution.

Как видно, на втором этапе 604 необязательно могут получать первый набор данных о рабочем состоянии станка, соответствующий первому набору сигналов, получаемых на этапе 602. Данные о рабочем состоянии станка могут содержать идентификацию рабочего состояния, связанного с каждым набором сигналов из первого набора сигналов. Рабочее состояние может быть неисправным или исправным.As can be seen, in the second step 604, a first set of machine run data corresponding to the first set of signals obtained in step 602 may optionally be obtained. The machine run state data may comprise an identification of a run state associated with each set of signals from the first set of signals. The operating state may be faulty or good.

Как видно, на третьем этапе 606 на существующий классификатор неисправностей, предварительно обученный для выявления неисправностей в станках на основе сигналов, исходящих от станков и полученных вторым множеством датчиков, подают указанные наборы сигналов и необязательные соответствующие данные о рабочем состоянии. Второе множество датчиков, на основе которых был обучен существующий классификатор неисправностей, могут относиться к взаимно одинаковому типу, но различному от типа первого множества датчиков. Альтернативно, второе множество датчиков, на основе которых был обучен существующий классификатор неисправностей, может относиться к множеству типов, по меньшей мере некоторые из которых различаются от первого множества датчиков. Датчики из второго множества датчиков могут иметь в целом одинаковую частотную характеристику датчика, которую можно назвать вторым распределением частотной характеристики датчика. Второе распределение частотной характеристики датчика может различаться от первого распределения частотной характеристики датчика первого множества датчиков.As can be seen, in the third step 606, the existing fault classifier, previously trained to detect faults in machines based on the signals from the machines and received by the second set of sensors, is supplied with the indicated sets of signals and optional corresponding operating state data. The second set of sensors, on the basis of which the existing fault classifier was trained, may be of the same type, but different from the type of the first set of sensors. Alternatively, the second set of sensors from which the existing fault classifier has been trained may be of a variety of types, at least some of which are different from the first set of sensors. The sensors from the second plurality of sensors may have generally the same sensor frequency response, which may be referred to as a second sensor frequency response distribution. The second sensor frequency response distribution may be different from the first sensor frequency response distribution of the first plurality of sensors.

Как видно, на четвертом этапе 608 существующий классификатор неисправностей предпочтительно модифицируют с использованием подхода переноса обучения и на основе подаваемых на него новых данных. Модификация может включать добавление к существующему классификатору неисправностей по меньшей мере одного слоя соответствия, причем этот слой соответствия может обучаться разности частотных характеристик между первым распределением частотных характеристик датчика и вторым распределением частотных характеристик датчика.As can be seen, in the fourth step 608, the existing fault classifier is preferably modified using the transfer learning approach and based on the new data fed to it. The modification may include adding at least one matching layer to the existing fault classifier, wherein the matching layer can be trained on the frequency response difference between the first sensor frequency response distribution and the second sensor frequency response distribution.

Как видно, на пятом этапе 610 впоследствии могут получать дополнительный набор сигналов по меньшей мере от одного станка датчиком того же типа, что и первое множество датчиков.As can be seen, in the fifth step 610, an additional set of signals can subsequently be received from at least one machine by a sensor of the same type as the first set of sensors.

Как видно, на шестом этапе 612 для идентификации неисправностей в станках, посредством которых был сгенерирован дополнительный набор сигналов, к этому дополнительному набору сигналов могут применять модифицированный классификатор, созданный на этапе 608.As can be seen, in the sixth step 612, to identify faults in the machines through which the additional set of signals was generated, a modified classifier created in step 608 can be applied to this additional set of signals.

Как видно, на седьмом этапе 614, на основе идентифицированных неисправностей могут выполнять техническое обслуживание или ремонт станка.As can be seen, in the seventh step 614, maintenance or repair of the machine can be performed based on the identified faults.

Следует понимать, что все различные станки, описанные как генерирующие сигналы на этапах 602, 606 и 610, могут представлять собой одинаковые или различные станки, имеющие общую характеристику, как описано выше.It should be understood that all of the various machines described as generating signals in steps 602, 606 and 610 may be the same or different machines having a common characteristic as described above.

Специалистам в данной области следует понимать, что настоящее изобретение не ограничено тем, что было конкретно показано и описано выше. Объем настоящего изобретения включает в себя как комбинации, так и подкомбинации различных признаков, описанных выше, а также их модификации, все из которых не относятся к известному уровню техники.Those skilled in the art should understand that the present invention is not limited to what has been specifically shown and described above. The scope of the present invention includes both combinations and subcombinations of the various features described above, as well as modifications thereof, all of which are not prior art.

Claims (49)

1. Способ идентификации неисправности по меньшей мере одного механического станка, включающий:1. A method for identifying a malfunction of at least one machine tool, including: обеспечение получения первым множеством датчиков, соединенных с соответствующим первым множеством механических станков, первого множества наборов сигналов, исходящих от первого множества механических станков, причем первое множество механических станков имеет по меньшей мере одну общую характеристику;providing the first set of sensors connected to the corresponding first set of machine tools, the first set of sets of signals emanating from the first set of machine tools, and the first set of machine tools has at least one common characteristic; подачу по меньшей мере первого множества наборов сигналов первого множества механических станков на существующий классификатор неисправностей, предварительно обученный с возможностью автоматической идентификации неисправностей второго множества механических станков на основе сигналов, исходящих от них и предварительно полученных вторым множеством датчиков, причем второе множество датчиков относится к другому типу, чем первое множество датчиков, второе множество механических станков имеет указанную по меньшей мере одну общую характеристику;supplying at least the first set of signal sets of the first set of machine tools to an existing fault classifier, previously trained to automatically identify faults of the second set of machine tools based on signals emanating from them and previously received by the second set of sensors, the second set of sensors being of a different type than the first set of sensors, the second set of machine tools has the specified at least one common characteristic; модификацию указанного существующего классификатора неисправностей посредством использования переноса обучения на основе по меньшей мере первого множества наборов сигналов первого множества механических станков, тем самым обеспечивая модифицированный классификатор неисправностей;modifying said existing fault classifier by using transfer learning based on at least the first plurality of signal sets of the first plurality of machine tools, thereby providing a modified fault classifier; применение модифицированного классификатора неисправностей по меньшей мере к одному дополнительному набору сигналов, получаемых по меньшей мере одним датчиком из первого множества датчиков и исходящих по меньшей мере от одного заданного механического станка, имеющего указанную по меньшей мере одну общую характеристику, причем модифицированный классификатор неисправностей выполнен с возможностью автоматической идентификации по меньшей мере одной неисправности указанного по меньшей мере одного заданного механического станка на основе указанного по меньшей мере одного дополнительного набора сигналов; иapplying the modified fault classifier to at least one additional set of signals received by at least one sensor from the first set of sensors and coming from at least one given machine tool having the specified at least one common characteristic, and the modified fault classifier is configured to automatically identifying at least one malfunction of said at least one given machine tool based on said at least one additional set of signals; And предоставление воспринимаемых человеком выходных данных с помощью устройства вывода, содержащих по меньшей мере идентификацию указанной неисправности указанного по меньшей мере одного заданного механического станка, по меньшей мере одной операции по ремонту или техническому обслуживанию, выполняемой на основе указанных воспринимаемых человеком выходных данных.providing a human-readable output, by means of an output device, comprising at least identifying said malfunction of said at least one given machine tool, at least one repair or maintenance operation performed based on said human-readable output. 2. Способ по п. 1, дополнительно включающий после указанного обеспечения получения первым множеством датчиков первого множества наборов сигналов и до указанной подачи первого множества наборов сигналов на существующий классификатор неисправностей:2. The method according to claim 1, further comprising after said ensuring that the first set of sensors receives the first set of signal sets and before said supply of the first set of signal sets to the existing fault classifier: получение первого множества наборов данных о рабочем состоянии для механических станков из первого множества механических станков, причем каждый набор данных о рабочем состоянии указывает на рабочее состояние механического станка из первого множества механических станков, каждое рабочее состояние связано по меньшей мере с одним из указанных наборов сигналов;obtaining a first set of operating state data sets for machine tools from the first set of machine tools, each set of operating state data indicating an operating state of a machine tool from the first set of machine tools, each operating state associated with at least one of said sets of signals; указанная подача по меньшей мере первого множества наборов сигналов на существующий классификатор неисправностей также включает подачу указанных данных о рабочем состоянии первого множества механических станков на существующий классификатор неисправностей;said supply of at least a first plurality of signal sets to an existing fault classifier also includes supplying said operating status data of the first plurality of machine tools to the existing fault classifier; указанная модификация существующего классификатора неисправностей посредством применения переноса обучения на основе по меньшей мере первого множества наборов сигналов также включает модификацию существующего классификатора неисправностей посредством применения переноса обучения дополнительно на основе первого множества наборов данных о рабочем состоянии первого множества механических станков.said modification of the existing fault classifier by applying transfer learning based on at least the first plurality of signal sets also includes modifying the existing fault classifier by applying transfer learning additionally based on the first plurality of operating condition data sets of the first plurality of machine tools. 3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что указанная идентификация неисправности включает идентификацию конкретной неисправности указанного по меньшей мере одного заданного механического станка и прогнозирование отказа указанного по меньшей мере одного заданного механического станка вследствие указанной конкретной неисправности при отсутствии выполнения рекомендованной операции по его техническому обслуживанию, такой что указанный по меньшей мере один заданный механический станок действительно выйдет из строя при отсутствии выполнения указанной рекомендованной операции по техническому обслуживанию.3. The method according to claim. 1 or 2, characterized in that the specified fault identification includes the identification of a specific fault of the specified at least one specified machine tool and the prediction of failure of the specified at least one specified machine tool due to the specified specific fault in the absence of the recommended operation for its maintenance such that said at least one given machine tool will actually fail if said recommended maintenance operation is not performed. 4. Способ по п. 2 или 3, в котором указанный существующий классификатор неисправностей содержит нейронную сеть, а модификация существующего классификатора неисправностей включает добавление в нейронную сеть по меньшей мере одного слоя соответствия, причем помимо добавления указанного по меньшей мере одного слоя соответствия, нейронная сеть в остальном является немодифицированной посредством указанной модификации.4. The method according to claim 2 or 3, wherein said existing fault classifier comprises a neural network, and modifying the existing fault classifier includes adding at least one matching layer to the neural network, wherein in addition to adding said at least one matching layer, the neural network otherwise is unmodified by said modification. 5. Способ по п. 4, в котором указанная нейронная сеть, содержащая существующий классификатор неисправностей, содержит слой данных и входной слой для приема данных от слоя данных, причем указанный по меньшей мере один слой соответствия добавляют между слоем данных и входным слоем, а указанный по меньшей мере один слой соответствия выполнен с возможностью приема данных от слоя данных в модифицированном классификаторе неисправностей.5. The method of claim 4, wherein said neural network comprising an existing fault classifier comprises a data layer and an input layer for receiving data from the data layer, wherein said at least one matching layer is added between the data layer and the input layer, and said at least one matching layer is configured to receive data from the data layer in the modified fault classifier. 6. Способ по п. 4 или 5, в котором первое множество датчиков имеет первое распределение частотной характеристики, а второе множество датчиков имеет второе распределение частотной характеристики, причем слой соответствия выполнен с возможностью осуществления соответствия между первым и вторым распределениями частотной характеристики.6. The method of claim 4 or 5, wherein the first plurality of sensors has a first frequency response distribution and the second plurality of sensors has a second frequency response distribution, wherein the matching layer is configured to match between the first and second frequency response distributions. 7. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором первое множество датчиков выполнено с возможностью восприятия одинакового типа сигнала, что и второе множество датчиков.7. A method according to any one of the preceding claims, wherein the first plurality of sensors is configured to sense the same type of signal as the second plurality of sensors. 8. Способ по п. 7, в котором указанный одинаковый тип сигнала содержит один из сигнала вибрации, сигнала магнитного потока, сигнала тока, температуры и внутреннего давления станка.8. The method of claim 7, wherein said same signal type comprises one of a vibration signal, a magnetic flux signal, a current signal, a temperature signal, and an internal pressure of the machine. 9. Способ по любому из пп. 1-6, в котором первое множество датчиков и второе множество датчиков выполнены с возможностью восприятия взаимно различных типов сигналов.9. The method according to any one of paragraphs. 1-6, wherein the first plurality of sensors and the second plurality of sensors are configured to sense mutually different types of signals. 10. Способ по п. 9, отличающийся тем, что указанные взаимно различные типы сигналов содержат по меньшей мере один из:10. The method according to claim 9, characterized in that said mutually different types of signals comprise at least one of: сигналов вибрации и магнитного потока;vibration and magnetic flux signals; сигналов вибрации и электрического тока;vibration and electric current signals; сигналов вибрации и температуры;vibration and temperature signals; сигналов электрического тока и магнитного потока; иelectric current and magnetic flux signals; And сигналов вибрации и внутреннего давления станка.vibration and internal pressure signals of the machine. 11. Способ по любому из пп. 2-10, в котором по меньшей мере некоторые из указанных рабочих состояний механического станка из первого множества механических станков, как указано посредством первого множества наборов данных о рабочем состоянии, представляют собой неисправные рабочие состояния.11. The method according to any one of paragraphs. 2-10, wherein at least some of said machine tool operating states of the first set of machine tools, as indicated by the first set of operating state data sets, are faulty operating states. 12. Способ по п. 11, в котором указанные первое множество наборов сигналов и первое множество наборов данных о рабочем состоянии первого множества механических станков содержат менее 30 неисправных рабочих состояний.12. The method of claim 11, wherein said first plurality of signal sets and the first plurality of operating state data sets of the first plurality of machine tools contain less than 30 faulty operating states. 13. Система для идентификации неисправности по меньшей мере одного механического станка, содержащая:13. A system for identifying a malfunction of at least one machine tool, comprising: первое множество датчиков, соединенных с соответствующим первым множеством механических станков и выполненных с возможностью получения первого множества наборов сигналов, исходящих от первого множества механических станков, причем первое множество механических станков имеет по меньшей мере одну общую характеристику;a first plurality of sensors connected to a respective first plurality of machine tools and configured to receive a first plurality of sets of signals from the first plurality of machine tools, the first plurality of machine tools having at least one common characteristic; блок обработки данных, выполненный с возможностью:data processing unit configured to: приема первого множества наборов сигналов первого множества механических станков, причем блок обработки данных содержит существующий классификатор неисправностей, предварительно обученный с возможностью автоматической классификации рабочих состояний второго множества механических станков на основе сигналов, исходящих от них и предварительно полученных вторым множеством датчиков, причем второе множество датчиков относится к другому типу, чем первое множество датчиков, второе множество механических станков имеет указанную по меньшей мере одну общую характеристику;receiving the first set of signal sets of the first set of machine tools, wherein the data processing unit comprises an existing fault classifier, previously trained to automatically classify the operating states of the second set of machine tools based on signals emanating from them and previously received by the second set of sensors, the second set of sensors being to a different type than the first set of sensors, the second set of machine tools has the specified at least one common characteristic; модификации указанного существующего классификатора неисправностей посредством использования переноса обучения на основе по меньшей мере первого множества наборов сигналов первого множества механических станков, тем самым обеспечивая модифицированный классификатор неисправностей, иmodifying said existing fault classifier by using transfer learning based on at least the first plurality of signal sets of the first plurality of machine tools, thereby providing a modified fault classifier, and применения модифицированного классификатора неисправностей по меньшей мере к одному дополнительному набору сигналов, получаемых по меньшей мере одним датчиком из первого множества датчиков и исходящих по меньшей мере от одного заданного механического станка, имеющего указанную по меньшей мере одну общую характеристику, причем модифицированный классификатор неисправностей выполнен с возможностью автоматической идентификации по меньшей мере одной неисправности указанного по меньшей мере одного заданного механического станка на основе указанного по меньшей мере одного дополнительного набора сигналов, иapplying the modified fault classifier to at least one additional set of signals received by at least one sensor from the first set of sensors and coming from at least one given machine tool having the specified at least one common characteristic, and the modified fault classifier is configured to automatically identifying at least one malfunction of said at least one given machine tool based on said at least one additional set of signals, and устройство вывода, находящееся в связи с указанным блоком обработки данных и выполненное с возможностью предоставления воспринимаемых человеком выходных данных, содержащих по меньшей мере идентификацию указанной неисправности указанного по меньшей мере одного заданного механического станка, по меньшей мере одной операции по ремонту или техническому обслуживанию, выполняемой на основе указанных воспринимаемых человеком выходных данных.an output device in communication with said data processing unit and configured to provide human-perceptible output data containing at least an identification of said malfunction of said at least one given machine tool, of at least one repair or maintenance operation performed on based on said human-perceptible output. 14. Система по п. 13, дополнительно содержащая блок сбора данных, выполненный с возможностью получения первого множества наборов данных о рабочем состоянии для механических станков из первого множества механических станков, причем каждый набор данных о рабочем состоянии указывает на рабочее состояние механического станка из первого множества механических станков, каждое рабочее состояние связано по меньшей мере с одним из указанных наборов сигналов;14. The system of claim. 13, further comprising a data acquisition unit configured to obtain a first set of data sets on the operating state for machine tools from the first set of machine tools, and each set of data on the operating state indicates the operating state of the machine tool from the first set machine tools, each operating state is associated with at least one of the specified sets of signals; указанный блок обработки данных выполнен с возможностью приема данных о рабочем состоянии первого множества механических станков и с возможностью дополнительной модификации указанного существующего классификатора неисправностей на основе первого множества наборов данных о рабочем состоянии первого множества механических станков.said data processing unit is configured to receive operating status data of the first plurality of machine tools and to further modify said existing fault classifier based on the first plurality of operating status data sets of the first plurality of machine tools. 15. Система по п. 13 или 14, в которой указанная идентификация указанной неисправности включает идентификацию конкретной неисправности указанного по меньшей мере одного заданного механического станка и прогнозирование отказа указанного по меньшей мере одного заданного механического станка вследствие указанной конкретной неисправности при отсутствии выполнения рекомендованной операции по его техническому обслуживанию, такой что указанный по меньшей мере один заданный механический станок действительно выйдет из строя при отсутствии выполнения указанной рекомендованной операции по техническому обслуживанию.15. The system according to claim 13 or 14, wherein said identification of said fault includes identifying a particular fault of said at least one given machine tool and predicting failure of said at least one given machine tool due to said particular fault in the absence of performing the recommended operation on it. maintenance such that said at least one given machine tool will actually fail if said recommended maintenance operation is not performed. 16. Система по п. 14 или 15, в которой указанный существующий классификатор неисправностей содержит нейронную сеть, а модификация существующего классификатора неисправностей включает добавление в нейронную сеть по меньшей мере одного слоя соответствия, причем помимо добавления указанного по меньшей мере одного слоя соответствия, нейронная сеть в остальном является немодифицированной посредством указанной модификации.16. The system according to claim 14 or 15, in which said existing fault classifier comprises a neural network, and modifying the existing fault classifier includes adding at least one matching layer to the neural network, and in addition to adding said at least one matching layer, the neural network otherwise is unmodified by said modification. 17. Система по п. 16, в которой нейронная сеть, содержащая существующий классификатор неисправностей, содержит слой данных и входной слой для приема данных от слоя данных, причем указанный по меньшей мере один слой соответствия добавляют между слоем данных и входным слоем, а указанный по меньшей мере один слой соответствия выполнен с возможностью приема данных от слоя данных в модифицированном классификаторе неисправностей.17. The system according to claim 16, in which the neural network containing the existing fault classifier contains a data layer and an input layer for receiving data from the data layer, wherein said at least one correspondence layer is added between the data layer and the input layer, and at least one matching layer is configured to receive data from the data layer in the modified fault classifier. 18. Система по п. 16 или 17, в которой первое множество датчиков имеет первое распределение частотной характеристики, а второе множество датчиков имеет второе распределение частотной характеристики, причем слой соответствия выполнен с возможностью осуществления соответствия между первым и вторым распределениями частотной характеристики.18. The system of claim 16 or 17, wherein the first plurality of sensors has a first frequency response distribution and the second plurality of sensors has a second frequency response distribution, wherein the matching layer is configured to match between the first and second frequency response distributions. 19. Система по любому из пп. 13-18, в которой первое множество датчиков выполнено с возможностью восприятия одинакового типа сигнала, что и второе множество датчиков.19. The system according to any one of paragraphs. 13-18, wherein the first plurality of sensors is configured to sense the same type of signal as the second plurality of sensors. 20. Система по п. 19, в которой указанный одинаковый тип сигнала содержит один из сигнала вибрации, сигнала магнитного потока, сигнала тока, температуры и внутреннего давления станка.20. The system of claim 19, wherein said same type of signal comprises one of a vibration signal, a magnetic flux signal, a current signal, a temperature signal, and an internal pressure of the machine. 21. Система по любому из пп. 13-18, отличающаяся тем, что указанное первое множество датчиков и указанное второе множество датчиков выполнены с возможностью восприятия взаимно различных типов сигналов.21. The system according to any one of paragraphs. 13-18, characterized in that said first set of sensors and said second set of sensors are configured to receive mutually different types of signals. 22. Система по п. 21, отличающаяся тем, что указанные взаимно различные типы сигналов содержат по меньшей мере один из:22. The system according to claim. 21, characterized in that these mutually different types of signals contain at least one of: сигналов вибрации и магнитного потока;vibration and magnetic flux signals; сигналов вибрации и электрического тока;vibration and electric current signals; сигналов вибрации и температуры;vibration and temperature signals; сигналов электрического тока и магнитного потока; иelectric current and magnetic flux signals; And сигналов вибрации и внутреннего давления станка.vibration and internal pressure signals of the machine. 23. Система по любому из пп. 14-22, в которой по меньшей мере некоторые из указанных рабочих состояний механического станка из первого множества механических станков, как указано посредством первого множества наборов данных о рабочем состоянии, представляют собой неисправные рабочие состояния.23. The system according to any one of paragraphs. 14-22, wherein at least some of said machine tool operating states of the first set of machine tools, as indicated by the first set of operating state data sets, are faulty operating states. 24. Система по п. 23, в которой указанные первое множество наборов сигналов и первое множество наборов данных о рабочем состоянии первого множества механических станков содержат менее 30 неисправных рабочих состояний.24. The system of claim 23, wherein said first plurality of signal sets and the first plurality of operating state data sets of the first plurality of machine tools contain less than 30 faulty operating states.
RU2022103859A 2019-09-03 2020-09-03 Sensor-independent machine fault identification RU2795745C1 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US62/895,247 2019-09-03

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2795745C1 true RU2795745C1 (en) 2023-05-11

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU330456A1 (en) * П. К. Аузинь, Л. К. Дубровский , Я. К. Салениекс Рижский политехнический институт DEVICE FOR FAULT DIAGNOSTICS OF TECHNICAL OBJECTS
US6243641B1 (en) * 1995-06-07 2001-06-05 Cummins Engine Company, Inc. System and method for detecting engine cylinder misfire
RU2565937C2 (en) * 2010-05-21 2015-10-20 ДЖИЭМ Глобал Текнолоджи Оперейшн ЛЛЦ Ice parts fault detection during engine full service life
RU2622880C2 (en) * 2014-08-22 2017-06-20 Нокиа Текнолоджиз Ой Sensor information processing
RU2692420C2 (en) * 2017-09-18 2019-06-24 Российская Федерация, от имени которой выступает Федеральное государственное казенное учреждение "Войсковая часть 68240" Object identification and classification method

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU330456A1 (en) * П. К. Аузинь, Л. К. Дубровский , Я. К. Салениекс Рижский политехнический институт DEVICE FOR FAULT DIAGNOSTICS OF TECHNICAL OBJECTS
US6243641B1 (en) * 1995-06-07 2001-06-05 Cummins Engine Company, Inc. System and method for detecting engine cylinder misfire
RU2565937C2 (en) * 2010-05-21 2015-10-20 ДЖИЭМ Глобал Текнолоджи Оперейшн ЛЛЦ Ice parts fault detection during engine full service life
RU2622880C2 (en) * 2014-08-22 2017-06-20 Нокиа Текнолоджиз Ой Sensor information processing
RU2692420C2 (en) * 2017-09-18 2019-06-24 Российская Федерация, от имени которой выступает Федеральное государственное казенное учреждение "Войсковая часть 68240" Object identification and classification method

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Абу-Абед Фарес Надимович, Допира Роман Викторович, Попов Павел Георгиевич, Кордюков Роман Юрьевич. Построение нейросетевого классификатора для снижения риска аварий при эксплуатации сложных технических систем // Научный вестник ОПК России. 2013. Номер 1. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/postroenie-neyrosetevogo-klassifikatora-dlya-snizheniya-riska-avariy-pri-ekspluatatsii-slozhnyh-tehnicheskih-sistem (дата обращения: 28.03.2023). Колосов, С. В. Классификация и обнаружение неизвестных форматов сигналов связи на основе методов машинного обучения / С. В. Колосов, П. Д. Ческидов // СОВРЕМЕННАЯ НАУКА: АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ, ДОСТИЖЕНИЯ и ИННОВАЦИИ : сборник статей VII Международной научно-практической конференции : в 4 ч., Пенза, 05 июня 2019 года. Том Часть 2. - Пенза: "Наука и Просвещение" (ИП Гуляев Г.Ю.), 2019. - С. 80-85. - EDN ORQOKX. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7577736B2 (en) Sensor-agnostic mechanical fault identification
Langarica et al. An industrial internet application for real-time fault diagnosis in industrial motors
JP7105932B2 (en) Anomaly detection using deep learning on time series data related to application information
CN110442936A (en) Equipment fault diagnosis method, apparatus and system based on the twin model of number
JP2022524244A (en) Predictive classification of future behavior
Yu A nonlinear probabilistic method and contribution analysis for machine condition monitoring
JP2013542432A (en) Engine test bench monitoring system
WO2022207223A1 (en) Method and system for optimizing a digital twin simulation model using machine learning
KR102182226B1 (en) Failure Detection-Diagnosis System and Method using Thereof
CN113762344A (en) Fault identification method of machine tool spindle and fault identification model training method and device
Balakrishnan et al. Aero-engine health monitoring with real flight data using whale optimization algorithm based artificial neural network technique
CN116880454A (en) Intelligent diagnosis system and method for vehicle faults
Akcan et al. Diagnosing bearing fault location, size, and rotational speed with entropy variables using extreme learning machine
van den Hoogen et al. An improved wide-kernel cnn for classifying multivariate signals in fault diagnosis
Martins et al. Hybrid data augmentation method for combined failure recognition in rotating machines
Senanayaka et al. Similarity-based multi-source transfer learning approach for time series classification
US11747191B2 (en) Automated health state classifier for rotating machines based on expert knowledge
Qiao et al. Advances and limitations in machine learning approaches applied to remaining useful life predictions: a critical review
Saeed et al. Deep learning based approaches for intelligent industrial machinery health management and fault diagnosis in resource-constrained environments
US11339763B2 (en) Method for windmill farm monitoring
JP2023179851A (en) Equipment status evaluation system and equipment status evaluation method
WO2018176203A1 (en) Method and device for use in estimating lifecycle of component
RU2795745C1 (en) Sensor-independent machine fault identification
KR20230075496A (en) Machine learning device, sliding surface diagnosis device, reasoning device, machine learning method, machine learning program, sliding surface diagnosis method, sliding surface diagnosis program, reasoning method, and reasoning program
Leitner et al. End-of-line fault detection for combustion engines using one-class classification