[go: up one dir, main page]

DE102023207829B4 - Method and system for detecting anomalies in a set of signals - Google Patents

Method and system for detecting anomalies in a set of signals

Info

Publication number
DE102023207829B4
DE102023207829B4 DE102023207829.5A DE102023207829A DE102023207829B4 DE 102023207829 B4 DE102023207829 B4 DE 102023207829B4 DE 102023207829 A DE102023207829 A DE 102023207829A DE 102023207829 B4 DE102023207829 B4 DE 102023207829B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
signals
dynamic
model
value
signal
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Active
Application number
DE102023207829.5A
Other languages
German (de)
Other versions
DE102023207829A1 (en
Inventor
Fabio Ferreira
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ZF Friedrichshafen AG
Original Assignee
ZF Friedrichshafen AG
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 ZF Friedrichshafen AG filed Critical ZF Friedrichshafen AG
Priority to DE102023207829.5A priority Critical patent/DE102023207829B4/en
Publication of DE102023207829A1 publication Critical patent/DE102023207829A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE102023207829B4 publication Critical patent/DE102023207829B4/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G07CHECKING-DEVICES
    • G07CTIME OR ATTENDANCE REGISTERS; REGISTERING OR INDICATING THE WORKING OF MACHINES; GENERATING RANDOM NUMBERS; VOTING OR LOTTERY APPARATUS; ARRANGEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS FOR CHECKING NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • G07C3/00Registering or indicating the condition or the working of machines or other apparatus, other than vehicles
    • G07C3/08Registering or indicating the production of the machine either with or without registering working or idle time

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Testing And Monitoring For Control Systems (AREA)

Abstract

Verfahren zum Erkennen von Anomalien in einem Satz von Signalen, wobei das Signal eine zu überprüfende Größe eines technischen Systems darstellt, wobei das Verfahren umfasst:
- Bereitstellen eines Modells (10) zur Abbildung von einer festen Anzahl von in einem zurückliegenden Zeitfenster liegenden Signalen auf ein Ausgabeziel, wobei das Ausgabeziel die Signale in einem zukünftigen Zeitschritt als Zukunftssignale (ŷ) abbildet sowie bereitstellen eines statischen Grenzwertes (α) in Bezug auf vorhandene Residuen (R) der vorhergesagten Zukunftssignale (ŷ) durch das Modell (10),
- Erfassen eines Satzes von aktuellen Signalen als auch von, dass zu überprüfende Signal, aktuell beeinflussenden Parametergrößen aus zumindest einer Messquelle eines technischen Systems,
- Eingabe der aktuellen Signale in das Modell (10) über das zurückliegende Zeitfenster zur Ausgabe eines vorhergesagten Zukunftssignals (ŷ),
- Generieren eines dynamischen Dynamikwertes (β), wobei der dynamische Dynamikwert (β) von einer Variationsbreite der aktuellen Signale und/oder einer Variationsbreite der aktuell beeinflussenden Parametergrößen über das zurückliegende Zeitfenster abhängt, wobei der dynamische Dynamikwert (β) umso höher gesetzt wird, je höher die Signale und /oder die beeinflussenden Parametergrößen über das Zeitfenster variieren,
- Generieren eines dynamischen Grenzwertes (αn) anhand des Dynamikwertes (β) und des statischen Grenzwertes (α),
- Ermitteln von einem aktuellen Residuum (R) anhand des vorhergesagten Zukunftssignals (ŷ),
- Generieren eines Anomalienalarms, wenn das aktuelle Residuum (R) des durch das Modell (10) vorhergesagten Zukunftssignals (ŷ) den dynamischen Grenzwert (αn) überschreitet.
Method for detecting anomalies in a set of signals, wherein the signal represents a quantity of a technical system to be checked, and wherein the method comprises:
- Providing a model (10) for mapping a fixed number of signals in a past time window to an output target, wherein the output target maps the signals in a future time step as future signals (ŷ), and providing a static limit (α) with respect to existing residuals (R) of the predicted future signals (ŷ) by the model (10),
- Capturing a set of current signals as well as the parameter values currently influencing the signal to be checked, from at least one measurement source of a technical system,
- Input of the current signals into the model (10) over the past time window to output a predicted future signal (ŷ),
- Generating a dynamic dynamic value (β), wherein the dynamic dynamic value (β) depends on a variation range of the current signals and/or a variation range of the currently influencing parameter sizes over the past time window, wherein the dynamic dynamic value (β) is set higher the more the signals and/or the influencing parameter sizes vary over the time window,
- Generating a dynamic limit value (α n ) based on the dynamic value (β) and the static limit value (α),
- Determining a current residual (R) based on the predicted future signal (ŷ),
- Generating an anomaly alarm when the current residual (R) of the future signal (ŷ) predicted by the model (10) exceeds the dynamic limit (α n ).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erkennen von Anomalien in einem Satz von Signalen, wobei das Signal eine zu überprüfende Größe eines technischen Systems darstellt.The invention relates to a method and a device for detecting anomalies in a set of signals, wherein the signal represents a quantity of a technical system to be checked.

Ein industrieller Anlagenprozess einer automatisierten Anlage umfasst eine Vielzahl einzelner, miteinander wechselwirkender Teilprozesse. Für eine hohe Produktivität muss ein zuverlässiger Prozessablauf sichergestellt sein. Um dies zu erreichen wird die industrielle Anlage mitsamt seiner Bauteile einer regelmäßigen Wartung und Instandhaltung unterzogen.An industrial plant process in an automated system comprises a multitude of individual, interacting subprocesses. High productivity requires a reliable process flow. To achieve this, the industrial plant and its components undergo regular maintenance and servicing.

Die DE 10 2012 009 657 B3 offenbart ein Verfahren und ein System zur Detektion und Identifikation eines oszillatorischen Fehlers in einem Flugsteuerungssystem eines Luftfahrzeugs. Die DE 103 55 022 A1 offenbart ein Verfahren zur Überwachung eines technischen Systems. Die DE 199 398 72 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Sensorüberwachung, insbesondere für ein ESP-System für Fahrzeuge. Die DE 10 2016 117 190 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überwachen eines Zustands wenigstens einer Windkraftanlage und ComputerprogrammproduktThe DE 10 2012 009 657 B3 discloses a method and a system for detecting and identifying an oscillatory fault in a flight control system of an aircraft. DE 103 55 022 A1 discloses a method for monitoring a technical system. DE 199 398 72 A1 discloses a method and a device for sensor monitoring, in particular for an ESP system for vehicles. DE 10 2016 117 190 A1 discloses a method and a device for monitoring the state of at least one wind turbine and a computer program product

Diese Instandhaltungsarbeiten erfolgen üblicherweise in regelmäßigen Zeitabständen. Im Rahmen derartiger Arbeiten werden beispielsweise Bauteile ausgetauscht oder auch komplette Maschinenteilsysteme ersetzt.These maintenance works are usually carried out at regular intervals. Such work involves, for example, replacing components or even entire machine subsystems.

Trotz dieser Arbeiten besteht allerdings die Gefahr, dass Störungen auftreten, die zu Produktionsausfällen führen können. Aufgrund der Komplexität der ineinandergreifenden Teilprozesse ist eine Vorhersage über mögliche zukünftige Fehler schwierig.Despite these efforts, there is still a risk of disruptions occurring that could lead to production outages. Due to the complexity of the interlocking subprocesses, predicting potential future errors is difficult.

Dadurch kann ein bevorstehender Ausfall eines wichtigen Systems häufig nicht früh genug erkannt werden. So können dann beispielsweise während des Betriebs die Anlage oder Bauteile davon ausfallen.This often means that an impending failure of a critical system cannot be detected early enough. As a result, the system or its components can fail during operation.

Anlagen wie beispielsweise Windkraftanlagen verwenden Sensoren, um die Bauteile von Windkraftanlagen und Komponenten von Windkraftanlagen während des Betriebs auf Anomalien zu überwachen. Jede Windkraftanlage innerhalb eines Windparks verfügt teilweise über Sensoren, die verschiedene Parameter im Zusammenhang mit dem Betrieb der Windkraftanlage messen, um anhand von Anomalien in den Sensordaten vorzeitige Ausfälle und Schäden zu minimieren.Systems such as wind turbines use sensors to monitor their components for anomalies during operation. Each wind turbine within a wind farm is equipped with sensors that measure various parameters related to its operation, aiming to minimize premature failures and damage by identifying anomalies in the sensor data.

So kann eine Windkraftanlage abgeschaltet werden müssen, um den Schaden zu beheben. Diese Ausfallzeit verhindert, dass die Windkraftanlage Energie produziert. Dementsprechend ist es eine ständige Aufgabe eine verbesserte Methode zur Vorhersage möglicher Anomalien zur Vermeidung von größeren Schäden anzugeben. Selbiges gilt für andere technische Anlagen.A wind turbine may need to be shut down to repair damage. This downtime prevents the turbine from producing energy. Therefore, it is a constant task to develop improved methods for predicting potential anomalies to prevent major damage. The same applies to other technical systems.

Diese Überwachungseinrichtungen/ Vorhersageverfahren sollen dazu geeignet sein, den aktuellen Zustand von Bauteilen / Anlagen zu erkennen und gegebenenfalls Hinweise auf entstehende oder bereits vorliegende Schäden zu geben.These monitoring devices/predictive methods should be suitable for recognizing the current condition of components/systems and, if necessary, providing indications of emerging or existing damage.

Die DE 102016117190 A1 offenbart ein Verfahren zum Überwachen eines Zustands wenigstens einer Windkraftanlage, umfassend: Erfassen von ersten Messsignalen durch einen oder mehrere Sensoren, wobei die ersten Messsignale einen oder mehrere Parameter bezüglich wenigstens eines Rotorblattes der wenigstens einen Windkraftanlage in einem Normalzustand angeben; Anlernen eines lernfähigen Algorithmus basierend auf den ersten Messsignalen des Normalzustands; Erfassen von zweiten Messsignalen durch den einen oder die mehreren Sensoren; und Erkennen einer unbestimmten Anomalie durch den im Normalzustand angelernten lernfähigen Algorithmus, wenn ein basierend auf den zweiten Messsignalen bestimmter aktueller Zustand der Windkraftanlage vom Normalzustand abweicht.The DE 102016117190 A1 Disclosing a method for monitoring the state of at least one wind turbine, comprising: acquiring first measurement signals by one or more sensors, wherein the first measurement signals indicate one or more parameters relating to at least one rotor blade of the at least one wind turbine in a normal state; training a learning algorithm based on the first measurement signals of the normal state; acquiring second measurement signals by the one or more sensors; and detecting an indeterminate anomaly by the learning algorithm trained in the normal state when a current state of the wind turbine, determined based on the second measurement signals, deviates from the normal state.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erkennen von Anomalien in einem Satz von Signalen ausgehend von einem technischen System als Quelle anzugeben. Ferner ist es eine Aufgabe ein Generator mit einem Getriebe und einem entsprechenden Verfahren oder Vorrichtung anzugeben. It is therefore an object of the invention to provide a method and a device for detecting anomalies in a set of signals originating from a technical system as the source. Furthermore, it is an object to provide a generator with a gearbox and a corresponding method or device.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 11. Ferner wird die Aufgabe gelöst durch einen Generator mit den Merkmalen des Anspruchs 13 und eine Windkraftanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 15.The problem is solved by a method having the features of claim 1 and a device having the features of claim 11. Furthermore, the problem is solved by a generator having the features of claim 13 and a wind turbine having the features of claim 15.

In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Maßnahmen aufgelistet, die geeignet miteinander kombiniert werden können, um weitere Vorteile zu erzielen.The dependent claims list further advantageous measures which can be suitably combined to achieve further advantages.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Erkennen von Anomalien in einem Satz von Signalen, wobei das Signal eine zu überprüfende Größe eines technischen Systems darstellt, wobei das Verfahren umfasst:

  • - Bereitstellen eines Modells zur Abbildung von einer festen Anzahl von in einem zurückliegenden Zeitfenster liegenden Signalen auf ein Ausgabeziel, wobei das Ausgabeziel die Signale in einem zukünftigen Zeitschritt als Zukunftssignale abbildet sowie bereitstellen eines statischen Grenzwertes in Bezug auf vorhandene Vorhersagefehler (Residuen) der vorhergesagten Zukunftssignale durch das Modell,
  • - Erfassen eines Satzes von aktuellen Signalen als auch von, dass zu überprüfende Signal, aktuell beeinflussenden Parametergrößen aus zumindest einer Messquelle eines technischen Systems,
  • - Eingabe der aktuellen Signale in das Modell über das zurückliegende Zeitfenster zur Ausgabe eines vorhergesagten Zukunftssignals,
  • - Generieren eines dynamischen Dynamikwertes, wobei der dynamische Dynamikwert von einer Variationsbreite der aktuellen Signale und/oder einer Variationsbreite der aktuell beeinflussenden Parametergrößen über das zurückliegende Zeitfenster abhängt, wobei der dynamische Dynamikwert umso höher gesetzt wird, je höher die Signale und /oder die beeinflussenden Parametergrößen über das Zeitfenster variieren,
  • - Generieren eines dynamischen Grenzwertes anhand des Dynamikwertes und des statischen Grenzwertes,
  • - Ermitteln von einem aktuellen Residuum anhand des vorhergesagten Zukunftssignals,
  • - Generieren eines Anomalienalarms, wenn das aktuelle Residuum des durch das Modell vorhergesagten Zukunftssignals den dynamischen Grenzwert überschreitet.
The problem is solved by a method for detecting anomalies in a set of signals, where the signal represents a quantity of a technical system to be checked, and the method comprises:
  • - Providing a model for mapping a fixed number of signals in a past time window to an output target, wherein the output target maps the signals in a future time step as future signals, and providing a static limit value with respect to existing prediction errors (residuals) of the predicted future signals by the model,
  • - Capturing a set of current signals as well as the parameter values currently influencing the signal to be checked, from at least one measurement source of a technical system,
  • - Input of current signals into the model over the past time window to output a predicted future signal,
  • - Generating a dynamic dynamic value, wherein the dynamic dynamic value depends on a range of variation of the current signals and/or a range of variation of the currently influencing parameter sizes over the past time window, whereby the dynamic dynamic value is set higher the greater the variation of the signals and/or the influencing parameter sizes over the time window,
  • - Generating a dynamic limit value based on the dynamic value and the static limit value,
  • - Determining a current residual based on the predicted future signal,
  • - Generating an anomaly alert when the current residual of the future signal predicted by the model exceeds the dynamic threshold.

Dabei ist ein Anomalienalarm ein Abweichungsalarm, welcher auf Anomalien hinweist.An anomaly alarm is a deviation alarm that indicates anomalies.

Dabei werden die Residuen anhand der gemessenen Signale und die durch das Modell bestimmten korrelierenden Zukunftssignale bestimmt.The residuals are determined based on the measured signals and the correlating future signals determined by the model.

Das zu überprüfende Signal kann auch eine Gruppe von Signalen sein. Ferner kann der dynamische Dynamikwert und der dynamische Grenzwert in diskreten Zeitabständen bestimmt werden oder kontinuierlich.The signal to be checked can also be a group of signals. Furthermore, the dynamic value and the dynamic limit value can be determined at discrete time intervals or continuously.

Die aktuell beeinflussenden Parametergrößen können beispielsweise bei einer vorherzusagenden Temperatur in einem Windgetriebe die Geschwindigkeit sein. Diese beeinflussenden Parametergrößen sind vorab in Bezug auf das/die vorherzusagende Zukunftssignal festzulegen.The currently influencing parameters, for example, in predicting the temperature in a wind turbine, could be the speed. These influencing parameters must be defined in advance with respect to the future signal(s) to be predicted.

Dabei ist das technische System ein einzelnes Bauteil, eine Anordnung von zusammenwirkenden Bauteilen oder eine ganze Anlage.The technical system can be a single component, an arrangement of interacting components, or an entire plant.

Zumeist werden die Signale/Parametergrößen durch einen oder mehrere Sensoren erfasst.The signals/parameter sizes are usually detected by one or more sensors.

Insbesondere können die Signale als eine Folge von diskreten Werten ausgebildet sein.In particular, the signals can be formed as a sequence of discrete values.

Signale können beispielsweise die das System/ Bauteil kennzeichnenden Parameter sein. Signale können sich beispielsweise auf die Parameter Temperatur einer Drehzahl ein Drehmoment etc., je nach Bauteil oder System beziehen.Signals can be, for example, the parameters that characterize the system/component. Signals can refer to parameters such as temperature, rotational speed, torque, etc., depending on the component or system.

Der Anomalienalarm kann beispielsweise angezeigt werden und gespeichert werden, so dass über die Zeit ein Abweichungsdiagramm erstellt werden kann.The anomaly alert can be displayed and saved, for example, so that a deviation graph can be created over time.

Das Modell, beispielsweise ein Vorhersagemodell, kann dabei beispielsweise auf einem Rechner gespeichert sein, auf welchem das Verfahren durchgeführt wird und die Signale übermittelt werden.The model, for example a prediction model, can be stored on a computer on which the procedure is carried out and the signals are transmitted.

Ein Zeitfenster ist beispielsweise eine Zeitdauer über eine bestimmte Zeit.A time window, for example, is a period of time over a specific period.

Eine Anomalie oder ein Ausreißer bezeichnet einen Datenpunkt, dessen Eigenschaften stark von der Norm abweichen, und stehen häufig für das (zukünftige) Versagen von dem entsprechenden Bauteil / System oder geben Rückschlüsse auf die zu erwartende Lebensdauer.An anomaly or outlier refers to a data point whose properties deviate significantly from the norm and often represent the (future) failure of the corresponding component/system or provide insights into the expected service life.

Residuen können dabei als die Differenz zwischen den tatsächlichen beobachteten Signalen und den aus dem Modell vorhergesagten Zukunftssignalen betrachtet werden.Residuals can be viewed as the difference between the actual observed signals and the future signals predicted by the model.

Dabei wird der statische Grenzwert anhand der Verteilung der Vorhersagefehler (Residuen) beispielsweise einmalig in Bezug auf das Signal festgelegt.The static limit value is set once in relation to the signal, for example, based on the distribution of the prediction errors (residuals).

Bei einer modellbasierten Anomalie-Detektion wird eine bestimmte Größe überwacht (Vibration, Temperatur, etc.)In model-based anomaly detection, a specific parameter is monitored (vibration, temperature, etc.).

Ein Residuum wird akzeptiert und als normal angesehen, wenn der entsprechende Wert unterhalb eines vordefinierten Grenzwertes ist, andernfalls wird eine Warnung ausgelöst. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass es von Nachteil ist, wenn der Grenzwert statisch festgelegt ist und die Auswirkungen der Dynamik in dem zu überprüfenden technischen System nicht berücksichtigt werden.A residual value is accepted and considered normal if it is below a predefined limit; otherwise, a warning is triggered. According to the invention, it was recognized that it is disadvantageous if the limit is statically defined and the effects of dynamics in the technical system under test are not taken into account.

Dies wird mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens nun gelöst. Dabei wird ein dynamischer Dynamikwert generiert, wobei der dynamische Dynamikwert von einer Variationsbreite der aktuellen Signale und/oder den entsprechenden Parametergrößen über das zurückliegende Zeitfenster abhängt. Ferner wird anhand des Dynamikwertes ein dynamischer Grenzwert generiert, indem beispielsweise der Dynamikwert mit dem statischen Grenzwert multipliziert wird. Der dynamische Dynamikwert berücksichtigt somit die aktuelle Dynamik des Systems in dem definierten vergangenen Zeitfenster.This is now solved using the method according to the invention. A dynamic dynamic value is generated, wherein the dynamic dynamic value depends on the range of variation of the current signals and/or the corresponding parameter values over the past time window. Furthermore, a dynamic limit value is generated based on the dynamic value, for example by multiplying the dynamic value by the static limit value. The dynamic dynamic value thus takes into account the current dynamics of the system in the defined past time window.

Dabei ist der dynamische Grenzwert ein skalarer Wert.The dynamic limit is a scalar value.

Dies bedeutet, dass bei nahezu konstanten Signalen/ Parametergrößen (niedrige Variationsbreite, d.h. niedrige Dynamik im System) der dynamische Grenzwert bzw. der Dynamikwert gering gewählt werden kann, beispielsweise einen geringen Wert aufweist und bei stark schwankenden Signalen/ Parametergrößen (hohe Variationsbreite/ hohe Dynamik im System) der dynamische Dynamikwert umso höher ist je höher die Signale/ Parametergrößen über das Zeitfenster variieren.This means that with nearly constant signals/parameter sizes (low variance, i.e., low dynamics in the system), the dynamic limit value or dynamic value can be chosen to be low, for example, it can have a low value, and with strongly fluctuating signals/parameter sizes (high variance/high dynamics in the system), the dynamic value is higher the more the signals/parameter sizes vary over the time window.

Dadurch ist ein schnelleres Erkennen von Anomalien möglich. Dies bedeutet, dass die Fehlererkennungszeit, d.h. der Zeitpunkt, zu dem ein Fehler erkannt wird, verbessert wird. Dieser wird im Vergleich zum statischen Grenzwert, zeitlich deutlich nach vorne geschoben. Die Zeit, die das erfindungsgemäße Verfahren benötigt, um ein (beginnendes) Versagen/Schaden zu erkennen, wird somit deutlich reduziert, was sich auf die Gesamtperformance des Systems / Bauteils auswirkt. Das betreffende Bauteil kann nun beispielsweise im Rahmen einer Wartung ausgetauscht werden, bevor Schäden oder ein kurzfristiger Ausfall auftritt.This enables faster detection of anomalies. This means that the fault detection time, i.e., the point in time at which a fault is detected, is improved. Compared to the static limit value, this time is significantly shifted forward. The time required by the inventive method to detect an (incipient) failure/damage is thus considerably reduced, which impacts the overall performance of the system/component. The component in question can now, for example, be replaced during maintenance before damage or a short-term failure occurs.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden somit die Dynamik der Eingangssignale bzw. anderer Systemgrößen berücksichtigt.The method according to the invention thus takes into account the dynamics of the input signals or other system variables.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren können somit Anomalien aufgespürt werden, bevor sie als reelle Störungen die Verfügbarkeit des Bauteils / technischen Systems gefährden.The method according to the invention thus makes it possible to detect anomalies before they endanger the availability of the component / technical system as real malfunctions.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren sind nun in Phasen, in denen sich die Signale bzw. die Eingangssignale nicht bzw. wenig verändern (niedrige Dynamik), die Grenzwerte für die Detektion von Anomalien wesentlich niedriger gesetzt. Dadurch können Anomalien wesentlich schneller erkannt werden. In Phasen, in denen sich die Eingangssignale stark verändern (hohe Dynamik), wird ein größerer Grenzwert akzeptiert.The inventive method allows for significantly lower threshold values for anomaly detection during phases in which the signals or input signals do not change or change only slightly (low dynamic range). This enables much faster anomaly detection. Conversely, a higher threshold value is accepted during phases in which the input signals change significantly (high dynamic range).

In weiterer Ausbildung wird das Modell als eine durch historische Signale approximierte lernfähige Funktion ausgebildet, wobei das Modell die lernfähige Funktion basierend auf Signalen, welche einen Normalzustand des technischen Systems kennzeichnen, dazu anlernt, anhand der festen Anzahl von in dem zurückliegenden Zeitfenster liegenden Signalen eine Abbildung auf ein Zukunftssignal zu bewerkstelligen. Somit kann die Veränderung des Signals hinsichtlich eines zukünftigen Zeitschritts vorhergesagt werden, bei Eingabe zurückliegender Signale.In further development, the model is designed as a machine learning function approximated by historical signals. Based on signals that characterize a normal state of the technical system, the machine learning function is trained to map to a future signal using a fixed number of signals from the past time window. Thus, the change in the signal with respect to a future time step can be predicted by inputting past signals.

Ferner wird das Modell als künstliches Intelligenzverfahren ausgebildet, insbesondere einem künstlichen neuronalen Netz. Dadurch kann ein gutes Vorhersagemodell generiert werden. Dadurch können ebenfalls verrauschte Signale berücksichtigt werden. Insbesondere werden rekurrente neuronale Netze aufgrund ihrer Fähigkeit, lang- und kurzfristige Abhängigkeiten zu erlernen, herangezogen, welche einen geringen Lernaufwand benötigen.Furthermore, the model is trained as an artificial intelligence method, specifically an artificial neural network. This allows for the generation of a good predictive model. This also enables the consideration of noisy signals. In particular, recurrent neural networks are used because of their ability to learn long- and short-term dependencies, which require little training effort.

Insbesondere wird das Modell anhand von Signalen ohne Anomalien trainiert. Diese können als Realdaten oder aber auch als Simulationsdaten ausgebildet sein.In particular, the model is trained using signals without anomalies. These can be real-world data or simulation data.

In weiterer Ausbildung wird der Anomalienalarm erst bei einer vordefinierten Menge, d.h. Anzahl, von hintereinander auftretenden Überschreitungen ausgelöst. Dabei kann hintereinander auch bedeuten, dass diese innerhalb eines vorgegebenen Zeitraumes auftreten. Dadurch wird vermieden, dass beispielsweise bei einem einzelnen fehlerhaften Sensorwert/Auswertung, ein falscher Alarm ausgelöst wird.In further training, the anomaly alarm is only triggered after a predefined number of consecutive exceedances. "Consecutive" can also mean that these exceedances occur within a specified time period. This prevents, for example, a false alarm from being triggered by a single faulty sensor reading/evaluation.

In weiterer Ausbildung nimmt der Dynamikwert einen skalaren Wert zwischen einem Wert c und 1 (Eins) an, wobei 1 (Eins) der Maximalwert ist und c größer als Null ist. Dabei wird der dynamische Grenzwert durch eine Multiplikation des statischen Grenzwertes und des Dynamikwertes gebildet. Durch diese Ausbildung wird verhindert, dass der dynamische Grenzwert Null gesetzt wird.In further development, the dynamic value assumes a scalar value between a value c and 1 (one), where 1 (one) is the maximum value and c is greater than zero. The dynamic limit is then calculated by multiplying the static limit and the dynamic value. This development prevents the dynamic limit from being set to zero.

In einer weiteren Ausbildung wird ab einer vorbestimmten Variationsbreite der Signale und/oder der Parametergrößen der Dynamikwert als Eins gesetzt. Dies bedeutet, dass ab einer bestimmten Schwankung der Signale der statische Grenzwert herangezogen wird.In further training, the dynamic value is set to one if a predetermined variation range of the signals and/or parameter values is exceeded. This means that the static limit value is used if the signals fluctuate by a certain amount.

In weiterer Ausbildung wird der Dynamikwert dazu ausgebildet, in Abhängigkeit von der Variationsbreite der Signale und/oder der Parametergrößen lediglich diskrete Werte im Bereich zwischen 0 und 1 (Eins) als maximalen Wert anzunehmen. Dadurch können verschiedene Variationsbreiten, d.h. verschieden starke Schwankungen vereinfacht einem Dynamikwert zugewiesen werden.In further development, the dynamic value is configured to assume only discrete values in the range between 0 and 1 (one) as its maximum value, depending on the variation range of the signals and/or the parameter sizes. This allows for different variation ranges, i.e., Strong fluctuations can be simplified and assigned to a dynamic value.

In weiterer Ausbildung wird für die Bestimmung der Variationsbreite der Signale und/oder der Parametergrößen in dem vorgegebenen Zeitfenster ein statistisches Verfahren bzw. ein statistisches Modell aus dem Bereich Korrelationsanalyse, Regressionsanalyse, Simulationsmodell, experimentelle Methode oder eine Sensitivitätsanalyse herangezogen. Dadurch kann die Dynamik der Eingangssignale / Parametergrößen gut abgebildet werden.Further training involves using a statistical method or model from the fields of correlation analysis, regression analysis, simulation model, experimental method, or sensitivity analysis to determine the range of variation of the signals and/or parameter values within the given time window. This allows for a good representation of the dynamics of the input signals/parameter values.

Dabei kann das statistische Verfahren in Abhängigkeit von dem zu überprüfenden Signal ausgewählt werden.The statistical method can be selected depending on the signal being tested.

In weiterer Ausbildung werden die Signale ausgehend von einem technischen System als Quelle übermittelt. Dies kann beispielsweise ein Bauteil/ System etc. eines Fahrzeugs, Windkraftanlage oder einer industriellen Anlage sein.In further training, the signals are transmitted from a technical system as the source. This could be, for example, a component/system etc. of a vehicle, wind turbine, or industrial plant.

Zur Verbesserung der Genauigkeit der vorherzusagenden Zukunftssignale durch das Modell können beispielsweise die aktuellen Signale vorverarbeitet sein. Durch die Vorverarbeitung kann beispielsweise eine Reduktion eines Rauschens in den Signalen reduziert werden, was sich auf die Genauigkeit der Vorhersage durch das Modell auswirken kann.To improve the accuracy of the future signals predicted by the model, the current signals can, for example, be preprocessed. Preprocessing can, for instance, reduce noise in the signals, which can affect the accuracy of the model's predictions.

Ferner wird die Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung zum Erkennen von Anomalien in einem Satz von Signalen, wobei das Signal eine zu überprüfende Größe eines technischen Systems darstellt, wobei insbesondere das Signal als eine Folge von diskreten Werten ausgebildet ist, wobei eine Speichereinheit mit einem Modell vorgesehen ist, wobei das Modell zur Abbildung von einer festen Anzahl von in einem zurückliegenden Zeitfenster liegenden Signalen auf ein Ausgabeziel ausgebildet ist, wobei das Ausgabeziel eine Abbildung der Signale in einem zukünftigen Zeitschritt als Zukunftssignale bewerkstelligt, wobei ferner ein statischer Grenzwert in der Speichereinheit vorgesehen ist, welcher in Bezug auf vorhandene Residuen der vorhergesagten Zukunftssignale durch das Modell definiert ist, wobei ferner eine Recheneinheit vorgesehen ist, welche zum Erfassen eines Satzes von aktuellen Signalen als auch von, das zu überprüfende Signal, aktuell beeinflussenden Parametergrößen aus zumindest einer Messquelle ausgebildet ist,
wobei die Recheneinheit, ferner zur Eingabe der aktuellen Signale in das Modell über das zurückliegende Zeitfenster und zur Ausgabe eines vorhergesagten Zukunftssignals ausgebildet ist,
wobei die Recheneinheit zur Generierung eines dynamischen Dynamikwertes ausgebildet ist, wobei der dynamische Dynamikwert von einer Variationsbreite der Signale und/oder einer Variationsbreite der aktuell beeinflussenden Parametergrößen über das zurückliegende Zeitfenster abhängt, wobei der dynamische Dynamikwert umso höher gesetzt ist, je höher die Signale und /oder die beeinflussenden Parametergrößen über das Zeitfenster variieren und wobei die Recheneinheit zur Generierung eines dynamischen Grenzwertes anhand des Dynamikwertes und des statischen Grenzwertes ausgebildet ist und
aufweisend eine Vergleichseinheit, zum Ermitteln von einem aktuellen Residuum anhand des vorhergesagten Zukunftssignals und zum Generieren eines Anomalienalarms, wenn das aktuelle Residuum des durch das Modell vorhergesagten Zukunftssignals den dynamischen Grenzwert überschreitet.
Furthermore, the problem is solved by a device for detecting anomalies in a set of signals, wherein the signal represents a quantity of a technical system to be checked, wherein in particular the signal is designed as a sequence of discrete values, wherein a storage unit with a model is provided, wherein the model is configured to map a fixed number of signals lying in a past time window to an output target, wherein the output target accomplishes a mapping of the signals in a future time step as future signals, wherein furthermore a static limit value is provided in the storage unit, which is defined by the model with respect to existing residuals of the predicted future signals, wherein furthermore a computing unit is provided, which is configured to acquire a set of current signals as well as parameter quantities currently influencing the signal to be checked from at least one measurement source.
wherein the computing unit is further designed to input the current signals into the model over the past time window and to output a predicted future signal,
wherein the computing unit is configured to generate a dynamic dynamic value, wherein the dynamic dynamic value depends on a variation range of the signals and/or a variation range of the currently influencing parameter sizes over the past time window, wherein the dynamic dynamic value is set higher the more the signals and/or the influencing parameter sizes vary over the time window, and wherein the computing unit is configured to generate a dynamic limit value based on the dynamic value and the static limit value.
comprising a comparison unit for determining a current residual based on the predicted future signal and for generating an anomaly alarm when the current residual of the future signal predicted by the model exceeds the dynamic limit.

Dabei weist ein Anomalienalarm auf eine Anomalie hin.An anomaly alarm indicates an anomaly.

Dabei ist die Vorrichtung insbesondere dazu ausgebildet das Verfahren durchzuführen. Insbesondere können alle Vorteile oder vorteilhafte Ausbildungen ebenfalls auf die Vorrichtung übertragen werden.The device is specifically designed to carry out the process. In particular, all advantages or advantageous designs can also be transferred to the device.

Eine Recheneinheit kann beispielsweise ein Rechner sein, mit entsprechender Software. Die Vergleichseinheit kann dabei als Softwaremodul ausgebildet sein.A computing unit can be, for example, a computer with the appropriate software. The comparator can be a software module.

In weiterer Ausbildung kann eine Anzeigeneinheit vorgesehen sein, zum Anzeigen der Überschreitung bei Auftreten eines Anomalienalarms. Diese kann beispielsweise als Diagramm über die Zeit aufgetragen werden, so dass auftretende Anomalien überwacht werden, um zu einem geeigneten Zeitpunkt eingreifen zu können, beispielsweise durch Austausch eines Bauteils.Further development can include a display unit to indicate when a limit is exceeded and an anomaly alarm occurs. This can, for example, be displayed as a graph over time, allowing for the monitoring of anomalies and enabling intervention at an appropriate time, such as by replacing a component.

Ferner wird die Aufgabe gelöst durch einen Generator mit einem Getriebe, der Generator aufweisend ein wie oben beschriebenes Verfahren und/oder eine wie oben beschriebene Vorrichtung, wobei die Signale kennzeichnende Parameter des Getriebes oder des Generators sind.Furthermore, the problem is solved by a generator with a gearbox, the generator comprising a method and/or a device as described above, wherein the signals are characteristic parameters of the gearbox or the generator.

Ferner kann das Getriebe zumindest ein Lager aufweisen, wobei die Signale zumindest eine Lagertemperatur umfassen.Furthermore, the gearbox can have at least one bearing, with the signals including at least one bearing temperature.

Ferner wird die Aufgabe gelöst durch eine Windkraftanlage mit einem wie oben beschriebenen Generator.Furthermore, the task is solved by a wind turbine with a generator as described above.

Die Funktion des Getriebes besteht darin, die relativ langsame Geschwindigkeit der Hauptwelle in die höhere Geschwindigkeit umzuwandeln, die der Generator benötigt, um elektrische Energie zu erzeugen. Die ständig wechselnde Windgeschwindigkeit und das auf die Windkraftanlage wirkende Drehmoment führen zu einem dynamischen Temperaturverhalten in den Lagern des Getriebes.The gearbox's function is to convert the relatively slow speed of the main shaft into the higher speed required by the generator to produce electrical energy. The constantly changing wind speed and the torque acting on the wind turbine These factors lead to dynamic temperature behavior in the gearbox bearings.

Eine Windkraftanlage, welche einen Generator mit einem erfindungsgemäßen Verfahren /Vorrichtung aufweist, kann somit Anomalien in der Temperatur von Lagern in einem Windturbinengetriebe/Generator schnell erkennen. Dies ist notwendig, da ab dem Zeitpunkt, an dem der Ausfall beginnt, sich der Zustand des Systems bis zu dem Punkt verschlechtert, an dem eine mechanische Beschädigung oder eine Funktionseinschränkung erreicht wird.A wind turbine incorporating a generator with a method/device according to the invention can thus quickly detect anomalies in the temperature of bearings in a wind turbine gearbox/generator. This is necessary because, from the moment a failure begins, the condition of the system deteriorates until mechanical damage or a functional impairment occurs.

Durch eine solche Windkraftanlage können Schäden im Getriebe vermieden werden. Weitere Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren.Such a wind turbine can prevent damage to the gearbox. Further features and advantages of the present invention will become apparent from the following description with reference to the accompanying figures.

Die Figuren zeigen schematisch:

  • 1: ein erfindungsgemäßes Verfahren,
  • 2: ein Generator einer Windkraftanlage,
  • 3: die Variation /Schwankungen von zwei Parametergrößen,
  • 4: ein Diagramm mit einem statischen Grenzwert,
  • 5: die grafische Darstellung eines Fehlerprozesses,
  • 6: zeigt das erfindungsgemäße Verfahren im Allgemeinen.
The figures show schematically:
  • 1 : a method according to the invention,
  • 2 : a generator of a wind turbine,
  • 3 : the variation/fluctuations of two parameter sizes,
  • 4 : a diagram with a static limit value,
  • 5 : the graphical representation of an error process,
  • 6 : shows the method according to the invention in general.

1 zeigt ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Erkennen von Anomalien in einem Satz von Signalen ausgehend von einem technischen System als Quelle. Dabei sind die Signale als Folge von diskreten Werten ausgebildet, die beispielsweise von einem Sensor eines zu überprüfenden technischen Systems/Bauteils etc. aufgenommen wurden. 1 The invention shows a method for detecting anomalies in a set of signals originating from a technical system as the source. The signals are configured as a sequence of discrete values, which were, for example, recorded by a sensor of a technical system/component etc. to be tested.

In einem ersten Schritt S1 wird ein Modell 10 (6) in Bezug auf ein zu überprüfendes Signal bereitgestellt.In a first step S1, a model 10 ( 6 ) provided in relation to a signal to be checked.

Das Modell 10 (6) ist zur Abbildung von einer festen Anzahl von in einem zurückliegenden Zeitfenster liegender Signale auf ein Ausgabeziel vorgesehen, wobei das Ausgabeziel eine Abbildung der Signale in einem zukünftigen Zeitschritt als Zukunftssignale ŷ darstellt. Die Signale können beispielsweise die Temperatur oder Vibration eines Lagers einer Windturbine bzw. eines Windturbinengetriebes 4 sein, welche zu überwachen sind.The Model 10 ( 6 The function is designed to map a fixed number of signals from a past time window to an output target, where the output target represents a mapping of the signals in a future time step as future signals ŷ. The signals could, for example, be the temperature or vibration of a bearing in a wind turbine or a wind turbine gearbox 4, which are to be monitored.

Das Modell 10 (6) wurde anhand historischer Beobachtungen in Bezug auf den betreffenden Parameter bzw. das betreffende Signal antrainiert, um in dem nächsten zukünftigen Schritt den Wert des betreffenden Signals vorherzusagen. Dazu ist das Modell 10 (6) als eine durch historische Signale approximierte lernfähige Funktion dazu ausgebildet, eine Abbildung anhand der festen Anzahl von in dem zurückliegenden Zeitfenster liegenden Signalen auf ein Zukunftssignal ŷ zu bewerkstelligen.The Model 10 ( 6 ) was trained using historical observations regarding the relevant parameter or signal in order to predict the value of the relevant signal in the next future step. For this purpose, model 10 ( 6 ) as a learning function approximated by historical signals, designed to perform a mapping to a future signal ŷ based on the fixed number of signals in the past time window.

Dabei wird die das Modell 10 (6) darstellende lernfähige Funktion basierend auf Signalen, welche einen Normalzustand des technischen Systems kennzeichnen angelernt, anhand der festen Anzahl von in dem zurückliegenden Zeitfenster liegenden Signalen eine Abbildung auf ein Zukunftssignal zu bewerkstelligen.This involves the model 10 ( 6 ) a representational learning function based on signals that characterize a normal state of the technical system, trained to create a mapping to a future signal based on the fixed number of signals in the past time window.

So kann das Modell 10 (6) als Vorhersagemodell die Signale in einem zukünftig liegenden Zeitschritt vorhersagen. Dazu ist das Modell 10 (6) ausschließlich auf normale Signaldaten (ohne Anomalien) trainiert und lernt welche Werte im Normalzustand auftreten. Das Modell 10 (6) sagt somit ein zukünftiges Zukunftssignal ŷ anhand von Eingangssignalen voraus, welche den Betrieb des Bauteils/technischen Systems oder hier des Lagers im Normalzustand wiedergibt.Thus, the model 10 ( 6 ) as a predictive model to predict the signals in a future time step. For this purpose, model 10 ( 6 ) is trained exclusively on normal signal data (without anomalies) and learns which values occur under normal conditions. Model 10 ( 6 ) thus predicts a future signal ŷ based on input signals that reflect the operation of the component/technical system or, in this case, the bearing in its normal state.

Dadurch kann das Lager überwacht werden.This allows the warehouse to be monitored.

Ferner werden durch das Modell 10 (6) Vorhersagefehler (Residuen) in Bezug auf die vorhergesagten zukünftigen Zukunftssignale ŷ erzeugt.Furthermore, the Model 10 ( 6 ) Prediction errors (residuals) are generated with respect to the predicted future signals.

Anhand dieser Residuen R kann nun ein statischer Grenzwert α ermittelt werden.A static limit value α can now be determined based on these residuals R.

Dabei kann das Modell 10 (6) als künstliches neuronales Netz ausgebildet sein. Dadurch können ebenfalls verrauschte Signale berücksichtigt werden. Insbesondere werden rekurrente neuronale Netze aufgrund ihrer Fähigkeit, lang- und kurzfristige Abhängigkeiten zu erlernen, herangezogen, welche einen geringeren Lernaufwand benötigen.The model 10 ( 6 ) as an artificial neural network. This allows even noisy signals to be taken into account. In particular, recurrent neural networks are used because of their ability to learn long- and short-term dependencies, which require less training effort.

In einem zweiten Schritt S2 wird ein Satz von aktuellen Signalen als Eingangssignale aus zumindest einer Messquelle des technischen Systems erfasst. Dabei liegen die aktuellen Signale in einem zurückliegenden Zeitfenster, auf dem auch das Modell 10 (6) antrainiert worden ist.In a second step S2, a set of current signals is acquired as input signals from at least one measurement source of the technical system. These current signals lie within a past time window, which is also the basis for model 10 ( 6 ) has been trained.

Dabei stellt das Signal eine zu überprüfende Größe des technischen Systems dar. So kann beispielsweise das Signal die zu überprüfende Temperatur von einem Lager einer Windkraftanlage, insbesondere eines Getriebes sein. Das Modell 10 (6) ist dabei anhand des Normalzustandes in Bezug auf den zu überprüfenden Parameter, hier der Temperatur im Lager antrainiert worden. Ferner können auch die, das zu überprüfende Signal beeinflussende Parametergrößen erfasst werden, sofern solche vorliegen.The signal represents a parameter of the technical system that needs to be checked. For example, the signal could be the temperature of a bearing in a wind turbine, particularly a gearbox. Model 10 ( 6 ) is trained based on the normal state with respect to the parameter to be checked, in this case the temperature in the bearing. Furthermore, it can also The parameter sizes influencing the signal to be checked are recorded, if any exist.

In einem dritten Schritt S3 werden die aktuellen Signale als Eingangssignale in das Modell 10 (6) über das zurückliegende Zeitfenster zur Vorhersage zukünftiger Zukunftssignale ŷ eingegeben. Dadurch agiert das Modell 10 (6) als Vorhersagemodell; die Zukunftssignale ŷ stellen die vorhergesagten Signale bzw. deren Werte zu einem vorhergesagten Zeitschritt dar. Das Modell 10 (6) gibt, gemäß des Trainings, die Zukunftssignale ŷ in einem Normalbetrieb wieder.In a third step S3, the current signals are used as input signals for model 10 ( 6 ) about the past time window to predict future signals. This allows model 10 to act ( 6 ) as a predictive model; the future signals ŷ represent the predicted signals or their values at a predicted time step. Model 10 ( 6 ) reflects the future signals ŷ in normal operation, according to the training.

In einem vierten Schritt S4 wird ein dynamischer Grenzwert αn anhand eines Dynamikwertes β und des statischen Grenzwertes α generiert.In a fourth step S4, a dynamic limit value α n is generated based on a dynamic value β and the static limit value α.

Dabei liegt der Dynamikwert β im Bereich zwischen c und 1 (Eins). Der dynamische Grenzwert αn wird durch Multiplikation des statischen Grenzwertes α und des Dynamikwertes β gebildet, so dass für eine feste Zeitdauer (t, t + m), mit t gleich der Zeit gilt α n = β * α , ( c β 1 ) , mit α als statischen Grenzwert
wobei β durch die Konstante c nach unten eingeschränkt und z.B. auf einem Wert eingestellt wird, der die Modellungenauigkeit widerspiegelt.
The dynamic value β lies in the range between c and 1 (one). The dynamic limit α n is formed by multiplying the static limit α and the dynamic value β, such that for a fixed time duration (t, t + m), where t equals time, the following holds: α n = β * α , ( c β 1 ) , with α as a static limit
where β is restricted downwards by the constant c and is set, for example, to a value that reflects the model inaccuracy.

Dabei darf c nicht Null gesetzt werden, so dass αn immer größer als Null ist. In this case, c must not be set to zero, so that α n is always greater than zero.

Der Dynamikwert β beschreibt dabei die Dynamik der in das Modell 10 (6) aktuell einfließenden Eingangssignale als auch der, das vorherzusagende Zukunftssignal ŷ beeinflussenden Parametergrößen bzw. Signalgrößen, d.h. der Schwankungen derjenigen Signale in dem zurückliegenden Zeitfenster, welche in die vorhergesagten Zukunftssignale ŷ miteinfließen/berücksichtigt werden.The dynamic value β describes the dynamics of the elements in model 10 ( 6 ) currently incoming input signals as well as the parameter sizes or signal sizes influencing the predicted future signal ŷ, i.e. the fluctuations of those signals in the past time window which are included/taken into account in the predicted future signals ŷ.

In denjenigen Phasen in den sich die Eingangssignale nicht bzw. die beeinflussenden Parametergrößen nicht verändern (niedrige Dynamik, niedrige Schwankungen), wird der Dynamikwert β und damit der dynamische Grenzwert αn niedrig angesetzt.In those phases in which the input signals do not change or the influencing parameter sizes do not change (low dynamics, low fluctuations), the dynamic value β and thus the dynamic limit value α n is set low.

Dies bedeutet, dass der Dynamikwert β eher bei oder an c liegt, wobei dadurch der dynamische Grenzwert αn sich entsprechend verringert. Dadurch können Anomalien in den Signalen, welche auf eine Fehlfunktion/Schaden/beginnenden Schaden am Bauteil/System, welches die Signale liefert bezieht, wesentlich schneller erkannt werden.This means that the dynamic value β is closer to or near c, thereby reducing the dynamic threshold α n accordingly. This allows for significantly faster detection of anomalies in the signals, which may indicate a malfunction, damage, or incipient damage to the component or system generating the signals.

Somit ist der Dynamikwert β ein Wert für die tatsächliche Dynamik des Systems/Bauteiles. Der Parameter c ist eine feste Untergrenze.Thus, the dynamic value β represents the actual dynamics of the system/component. The parameter c is a fixed lower limit.

In Phasen in den sich die Eingangssignale bzw. die beeinflussenden Parametergrößen im zurückliegenden Zeitfenster stark verändern (hohe Dynamik, starke Schwankung) wird ein größerer Dynamikwert β und damit ein höherer dynamischer Grenzwert αn akzeptiert. Dabei kann der dynamische Grenzwert αn den statischen Grenzwert α annehmen.In phases where the input signals or the influencing parameter values change significantly in the preceding time window (high dynamics, strong fluctuations), a larger dynamic value β and thus a higher dynamic limit α<sub>n</sub> is accepted. The dynamic limit α <sub>n </sub> can then equal the static limit α.

Dabei kann der Dynamikwert β diskrete skalare Werte zwischen c und 1 annehmen, wobei 1 der Maximalwert ist und der Minimalwert über 0 liegt. Ab einer vorbestimmten Schwankung der Signale wird der Dynamikwert β als Eins gesetzt. Dies bedeutet, dass ab einer bestimmten Schwankung der Signale/Parametergrößen der statische Grenzwert α herangezogen wird.The dynamic value β can take on discrete scalar values between c and 1, where 1 is the maximum value and the minimum value is greater than 0. Once a predetermined fluctuation in the signals is reached, the dynamic value β is set to one. This means that once a certain fluctuation in the signals/parameter values is reached, the static limit α is applied.

Dadurch können verschiedene Variationsbreiten, d.h. verschieden starke Schwankungen vereinfacht einem Dynamikwert β zugewiesen werden.This allows different ranges of variation, i.e., fluctuations of varying strength, to be assigned to a single dynamic value β in a simplified manner.

Die Bestimmung der Variationsbreite, d. h. der Schwankungen der Signale in dem vorgegebenen Zeitfenster kann durch ein statistisches Verfahren bzw. ein statistisches Modell aus dem Bereich Korrelationsanalyse, Regressionsanalyse, Simulationsmodell, experimentelle Methode oder eine Sensitivitätsanalyse herangezogen werden. Dadurch kann die Dynamik der Eingangssignale gut abgebildet werden. Dabei kann das statistische Verfahren in Abhängigkeit von dem zu überprüfenden Signal ausgewählt werden.The determination of the range of variation, i.e., the fluctuations of the signals within the given time window, can be achieved using a statistical method or model from the fields of correlation analysis, regression analysis, simulation modeling, experimental methods, or sensitivity analysis. This allows for a good representation of the dynamics of the input signals. The statistical method can be selected depending on the signal being analyzed.

Ferner wird in einem fünften Schritt S5 ein Anomalienalarm generiert, wenn die Residuen R der durch das Modell 10 (6) vorhergesagten Zukunftssignale ŷ den dynamischen Grenzwert αn überschreiten, wobei ein Anomalienalarm auf Anomalien hinweist.Furthermore, in a fifth step S5, an anomaly alarm is generated if the residuals R of the model 10 ( 6 ) predicted future signals exceed the dynamic threshold α n , with an anomaly alarm indicating anomalies.

Dabei wird insbesondere ein Anomalienalarm erst bei einer vordefinierten Menge, d.h. Anzahl, von hintereinander auftretenden Überschreitungen ausgelöst. Dabei kann hintereinander auch bedeuten, dass diese innerhalb eines vorgegebenen Zeitraumes auftreten. Dadurch wird vermieden, dass beispielsweise bei einem fehlerhaften Sensorwert/falsche Auswertung ein falscher Alarm ausgelöst wird.In this system, an anomaly alarm is only triggered after a predefined number of consecutive exceedances. "Consecutive" can also mean that these exceedances occur within a specified time period. This prevents, for example, a false alarm from being triggered due to a faulty sensor reading or incorrect evaluation.

Zur Verbesserung der Genauigkeit der vorherzusagenden Zukunftssignale ŷ durch das Modell 10 (6) können beispielsweise die Signale vorverarbeitet sein. Durch die Vorverarbeitung kann beispielsweise eine Reduktion eines Rauschens in den Signalen reduziert werden, was sich auf die Genauigkeit der Vorhersage durch das Modell 10 (6) auswirken kann.To improve the accuracy of the predicted future signals ŷ by model 10 ( 6 For example, the signals can be preprocessed. Preprocessing can, for instance, reduce noise in the Signals are reduced, which affects the accuracy of the prediction by model 10 ( 6 ) can have an effect.

2 zeigt einen Generator 5 einer Windkraftanlage 1 in Zusammenhang mit einer Anwendung des Verfahrens. 2 shows a generator 5 of a wind turbine 1 in connection with an application of the method.

Bei einer Windkraftanlage wird die kinetische Energie des Windes zunächst in mechanische und dann in elektrische Energie umgewandelt.In a wind turbine, the kinetic energy of the wind is first converted into mechanical and then into electrical energy.

Der Wind dreht die Flügel 6 um einen Rotor 2, der mit der Hauptwelle 3 verbunden ist. Die Funktion des Getriebes 4 besteht darin, die relativ langsame Geschwindigkeit der Hauptwelle 3 in die höhere Geschwindigkeit umzuwandeln, die der Generator benötigt, um elektrische Energie zu erzeugen. Die ständig wechselnde Windgeschwindigkeit und das auf die Windkraftanlage 1 wirkende Drehmoment führen zu einem dynamischen Temperaturverhalten in den Lagern des Getriebelagers 7 und/oder des Rotorlagers 8.The wind rotates the blades 6 around a rotor 2, which is connected to the main shaft 3. The function of the gearbox 4 is to convert the relatively slow speed of the main shaft 3 into the higher speed required by the generator to produce electrical energy. The constantly changing wind speed and the torque acting on the wind turbine 1 result in dynamic temperature behavior in the bearings of the gearbox bearing 7 and/or the rotor bearing 8.

Die Windkraftanlage 1 weist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 9 mit einem erfindungsgemäßen Verfahren auf. Dieses weist ein Modell 10 (6) auf, was auf entsprechende Eingangssignale von der Windkraftanlage 1 trainiert worden ist.The wind turbine 1 comprises a device 9 according to the invention with a method according to the invention. This has a model 10 ( 6 ) which has been trained on corresponding input signals from wind turbine 1.

3 zeigt die Variation /Schwankungen von zwei Parametergrößen betreffend das zu überprüfende Signal, hier die Temperatur des Getriebelagers 7 der Windkraftanlage 1 über die Zeit in einem Diagramm. 3 shows the variation/fluctuations of two parameter sizes relating to the signal to be checked, here the temperature of the gearbox bearing 7 of the wind turbine 1 over time in a diagram.

Dabei sind die Parametergrößen zum einem die Geschwindigkeit G und die Last L, welche auf die Windkraftanlage 1 wirken. Dabei wird in einem Diagramm über die Zeit die Geschwindigkeit G (oberstes Diagramm) und Last L (darunterliegendes Diagramm) angegeben.The parameters are the velocity G and the load L acting on wind turbine 1. The velocity G (top diagram) and load L (bottom diagram) are shown over time in a diagram.

Ferner wird in einem weiter darunter liegenden Diagramm der Dynamikwert β in Prozent aufgezeigt. Dieser variiert in Abhängigkeit von der Schwankung der Eingangssignale, hier der Geschwindigkeit G und Last L.Furthermore, a diagram below shows the dynamic value β in percent. This varies depending on the fluctuation of the input signals, here the velocity G and load L.

Der Dynamikwert β beschreibt dabei die Dynamik der in das Modell 10 (6) aktuell einfließenden Eingangssignale und Parametergrößen, d.h. der Schwankungen derjenigen Signale in dem zurückliegenden Zeitfenster, welche in die vorhergesagten Zukunftssignale ŷ (Temperatur des Lagers) miteinfließen bzw. die einen Einfluss auf das vorherzusagende Zukunftssignal ŷ (Temperatur des Lagers) ausüben.The dynamic value β describes the dynamics of the elements in model 10 ( 6 ) currently incoming input signals and parameter sizes, i.e. the fluctuations of those signals in the past time window which are included in the predicted future signals ŷ (temperature of the bearing) or which have an influence on the future signal ŷ (temperature of the bearing) to be predicted.

Das vierte Diagramm zeigt die Residuen R der vorhergesagten Zukunftssignale ŷ (Temperatur des Lagers) in Bezug auf die realen gemessenen Temperaturen über die Zeit.The fourth diagram shows the residuals R of the predicted future signals ŷ (temperature of the bearing) in relation to the actual measured temperatures over time.

Ferner zeigt das Diagramm den dynamischen Grenzwert αn, welcher sich durch die Multiplikation von dem statischen Grenzwert α mit dem Dynamikwert β ergibt. Liegen die Residuen R unter dem dynamischen Grenzwert αn, so wird kein Anomalienalarm ausgelöst.Furthermore, the diagram shows the dynamic limit α <sub>n</sub> , which is obtained by multiplying the static limit α by the dynamic value β. If the residuals R are below the dynamic limit α <sub>n</sub> , no anomaly alarm is triggered.

Dies bedeutet, dass gilt: y y ^ ± α n mit ŷ der durch das Modell 10 (6) vorhergesagten Zukunftssignale, y die korrespondierenden gemessenen tatsächlichen Signale und αn der dynamische Grenzwert.This means that the following applies: y y ^ ± α n with ŷ the through the model 10 ( 6 ) predicted future signals, y the corresponding measured actual signals and α n the dynamic limit.

Dabei ist zu erkennen, dass in denjenigen Phasen, in den sich die Eingangssignale bzw. die beeinflussenden Parametergrößen nicht verändern (niedrige Dynamik, niedrige Schwankungen), der Dynamikwert β und damit der dynamische Grenzwert αn für die Detektion von Anomalien wesentlich niedriger angesetzt wird.It can be seen that in those phases in which the input signals or the influencing parameter sizes do not change (low dynamics, low fluctuations), the dynamic value β and thus the dynamic limit value α n for the detection of anomalies is set significantly lower.

Dies bedeutet, dass der Dynamikwert β eher bei oder an c liegt, wobei dadurch der dynamische Grenzwert αn sich entsprechend verringert. Dadurch können Anomalien in den Signalen, welche auf eine Fehlfunktion/Schaden/beginnenden Schaden am Bauteil/System, welches die Signale liefert bezieht, wesentlich schneller erkannt werden. Dadurch können Anomalien in den Signalen früher erkannt werden.This means that the dynamic value β is closer to or near c, thereby reducing the dynamic threshold α<sub>n</sub> accordingly. This allows for significantly faster detection of signal anomalies that indicate a malfunction, damage, or incipient damage to the component or system generating the signals. This enables earlier detection of signal anomalies.

In Phasen, in den sich die Eingangssignale bzw. die beeinflussenden Parametergrößen im zurückliegenden Zeitfenster stark verändern (hohe Dynamik, starke Schwankung) wird ein größerer Dynamikwert β und damit ein höherer dynamischer Grenzwert αn akzeptiert. Dabei kann der dynamische Grenzwert αn den statischen Grenzwert α annehmen.In phases where the input signals or the influencing parameter values change significantly in the preceding time window (high dynamics, strong fluctuations), a larger dynamic value β and thus a higher dynamic limit α<sub>n</sub> is accepted. The dynamic limit α <sub>n </sub> can then equal the static limit α.

Ferner kann ein verschärfter Grenzwert αn,w generiert werden. Dieser kann durch hinzuaddieren einer Konstante zu dem dynamischen Grenzwert αn generiert werden. Dabei wird ein Alarm beispielsweise ausgelöst, wenn mehrere aufeinanderfolgende Zukunftssignale ŷ den dynamischen Grenzwert αn überschreiten. Dies kann beispielsweise durch Anzeigen und markieren auf einer Anzeigeneinheit erfolgen.Furthermore, a stricter threshold α <sub>n,w</sub> can be generated. This can be achieved by adding a constant to the dynamic threshold α <sub>n</sub> . An alarm is triggered, for example, if several consecutive future signals exceed the dynamic threshold α <sub>n</sub> . This can be done, for example, by displaying and highlighting the signal on a display unit.

Bei Überschreiten des verschärften Grenzwertes αn,W kann beispielsweise schon ein einzelnes Überschreiten einen Alarm auslösen.For example, if the stricter limit value α n,W is exceeded, even a single exceedance can trigger an alarm.

Demgegenüber wird in 4 der statische Grenzwert α und ein verschärfter statischer Grenzwert αW angezeigt. Diese verändert sich, auch bei hoher Dynamik beispielsweise bezogen auf die Windkraftanlage 1 nicht. Anomalien werden somit erst später entdeckt.In contrast, in 4 The static limit value α and a stricter static limit value αW are displayed. This does not change, even under high dynamic conditions, for example, with regard to wind turbine 1. Anomalies are therefore only detected later.

5 zeigt die grafische Darstellung eines Fehlerprozesses. Das Verfahren als auch die Vorrichtung 9 dienen zur Erkennung von Anomalien in den Signalen beispielsweise hier der Temperatursignalen der Lager. Dadurch können beispielsweise Schäden im Getriebe verhindert werden. Dazu ist eine rechtzeitige Erkennung des Fehlers wichtig. Der Zeitpunkt zu dem ein Fehler erkannt wird, sollte daher so früh wie möglich sein. Ab dem Zeitpunkt P_a an dem der Ausfall beginnt, verschlechtert sich der Zustand des Systems bis zu dem Punkt P_v, an dem eine mechanische Beschädigung oder eine Funktionseinschränkung erreicht wird. 5 Figure 1 shows a graphical representation of a fault process. Both the method and the device 9 serve to detect anomalies in the signals, for example, the temperature signals of the bearings. This can prevent damage to the gearbox, for instance. Timely fault detection is crucial for this. Therefore, the point at which a fault is detected should be as early as possible. From point P_a, at which the failure begins, the condition of the system deteriorates until point P_v, at which mechanical damage or a functional impairment occurs.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung 9 mitsamt dem dynamischen Grenzwert αn kann eine deutlich schnellere Fehlererkennung zu einem frühzeitigen Zeitpunkt P_e erzielt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung 9 berücksichtigt die aktuelle Dynamik des Systems, um den dynamischen Grenzwert αn anzupassen. Durch den niedrigeren dynamischen Grenzwert αn kann eine schnellere Erkennung beginnender Ausfälle erzielt werden. The inventive method and device 9, together with the dynamic threshold αn, enable significantly faster fault detection at an earlier time P_e. The inventive method and device 9 take into account the current dynamics of the system in order to adjust the dynamic threshold αn . The lower dynamic threshold αn allows for faster detection of incipient failures.

Dabei kann das Verfahren und die Vorrichtung 9 in Bezug auf jedes technische System /Anordnung oder Bauteil Anwendung finden, welche beispielsweise mit einem Sensor/Aktor zur Signalgenerierung verbunden ist.The method and device 9 can be applied to any technical system/arrangement or component which is connected, for example, to a sensor/actuator for signal generation.

6 zeigt das erfindungsgemäße Verfahren und Vorrichtung 9 im Allgemeinen. Dabei stellen x1,..,xn die in einem zurückliegenden Zeitfenster liegenden Signale bezogen auf das zu überprüfende Signal und die das zu überprüfende Signal beeinflussende Parametergrößen aus zumindest einer Messquelle eines technischen Systems, welche insbesondere durch Sensoren erfasst werden dar. 6 Figure 9 shows the method and device according to the invention in general. Here, x1 , ..., xn represent the signals lying in a past time window with respect to the signal to be checked and the parameter sizes influencing the signal to be checked from at least one measuring source of a technical system, which are in particular detected by sensors.

Dabei werden die Eingangssignale und die Parametergrößen verwendet um in das bereitgestellte Modell 10 und in die Generierung eines dynamischen Grenzwertes αn einzufließen.The input signals and parameter sizes are used to feed into the provided model 10 and into the generation of a dynamic limit value α n .

Anhand des bereitgestellten Modells 10 werden nun die Zukunftssignale ŷ vorhergesagt.Based on the provided model 10, the future signals ŷ are now predicted.

Liegt der Vergleich des so vorhergesagten Zukunftssignals ŷ mit dem tatsächlich gemessenen Signal y unterhalb des berechneten dynamischen Grenzwertes αn so wird kein Alarm ausgelöst.If the comparison of the predicted future signal ŷ with the actually measured signal y is below the calculated dynamic limit α n, no alarm is triggered.

Liegt dieses oberhalb des dynamischen Grenzwertes αn, so wird ein Alarm ausgelöst.If this value is above the dynamic threshold α n , an alarm is triggered.

BezugszeichenlisteReference symbol list

11
WindkraftanlageWind turbine
22
Rotorrotor
33
HauptwelleMain wave
44
Getriebetransmission
55
Generatorgenerator
66
Flügelwing
77
Getriebelagergearbox bearing
88
RotorlagerRotor bearings
99
Vorrichtungdevice
1010
ModellModel
ββ
DynamikwertDynamic value
αnan
dynamischer Grenzwertdynamic limit
αα
statischer Grenzwertstatic limit value
ŷŷ
ZukunftssignaleFuture signals
RR
Residuumresiduum
yy
gemessene Signalmeasured signal

Claims (15)

Verfahren zum Erkennen von Anomalien in einem Satz von Signalen, wobei das Signal eine zu überprüfende Größe eines technischen Systems darstellt, wobei das Verfahren umfasst: - Bereitstellen eines Modells (10) zur Abbildung von einer festen Anzahl von in einem zurückliegenden Zeitfenster liegenden Signalen auf ein Ausgabeziel, wobei das Ausgabeziel die Signale in einem zukünftigen Zeitschritt als Zukunftssignale (ŷ) abbildet sowie bereitstellen eines statischen Grenzwertes (α) in Bezug auf vorhandene Residuen (R) der vorhergesagten Zukunftssignale (ŷ) durch das Modell (10), - Erfassen eines Satzes von aktuellen Signalen als auch von, dass zu überprüfende Signal, aktuell beeinflussenden Parametergrößen aus zumindest einer Messquelle eines technischen Systems, - Eingabe der aktuellen Signale in das Modell (10) über das zurückliegende Zeitfenster zur Ausgabe eines vorhergesagten Zukunftssignals (ŷ), - Generieren eines dynamischen Dynamikwertes (β), wobei der dynamische Dynamikwert (β) von einer Variationsbreite der aktuellen Signale und/oder einer Variationsbreite der aktuell beeinflussenden Parametergrößen über das zurückliegende Zeitfenster abhängt, wobei der dynamische Dynamikwert (β) umso höher gesetzt wird, je höher die Signale und /oder die beeinflussenden Parametergrößen über das Zeitfenster variieren, - Generieren eines dynamischen Grenzwertes (αn) anhand des Dynamikwertes (β) und des statischen Grenzwertes (α), - Ermitteln von einem aktuellen Residuum (R) anhand des vorhergesagten Zukunftssignals (ŷ), - Generieren eines Anomalienalarms, wenn das aktuelle Residuum (R) des durch das Modell (10) vorhergesagten Zukunftssignals (ŷ) den dynamischen Grenzwert (αn) überschreitet.A method for detecting anomalies in a set of signals, wherein the signal represents a quantity of a technical system to be checked, the method comprising: - providing a model (10) for mapping a fixed number of signals in a past time window to an output target, wherein the output target maps the signals in a future time step as future signals (ŷ), and providing a static limit value (α) with respect to existing residuals (R) of the predicted future signals (ŷ) by the model (10); - acquiring a set of current signals as well as of parameter quantities currently influencing the signal to be checked from at least one measurement source of a technical system; - inputting the current signals into the model (10) over the past time window to output a predicted future signal (ŷ); - generating a dynamic dynamic value (β), wherein the dynamic dynamic value (β) is determined by a range of variation of the current signals and/or a range of variation of the currently influencing parameter sizes depend on the past time window, whereby the dynamic dynamic value (β) is set higher the more the signals and/or the influencing parameter sizes vary over the time window, - Generating a dynamic limit value (α n ) based on the dynamic value (β) and the static limit value (α ), - Determining a current residual (R) based on the predicted future signal (ŷ ), - Generating an anomaly alarm if the current residual (R) of the future signal (ŷ) predicted by the model (10) exceeds the dynamic limit value (α n ). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Modell als eine durch historische Signale approximierte lernfähige Funktion ausgebildet wird, wobei das Modell (10) die lernfähige Funktion basierend auf Signalen, welche einen Normalzustand des technischen Systems kennzeichnen dazu anlernt, anhand der festen Anzahl von in dem zurückliegenden Zeitfenster liegenden Signalen eine Abbildung auf ein Zukunftssignal (ŷ) zu bewerkstelligen.Procedure according to Claim 1 , characterized in that the model is designed as a learning function approximated by historical signals, wherein the model (10) trains the learning function based on signals which characterize a normal state of the technical system to perform a mapping to a future signal (ŷ) on the basis of the fixed number of signals in the past time window. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Modell (10) als künstliches Intelligenzverfahren ausgebildet wird.Procedure according to Claim 2 , characterized in that the model (10) is designed as an artificial intelligence procedure. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anomalienalarm erst bei einer vordefinierten Menge von hintereinander auftretenden Überschreitungen ausgelöst wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the anomaly alarm is only triggered when a predefined number of consecutive exceedances occur. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dynamikwert (β) einen skalaren Wert zwischen einem Wert c und Eins annimmt, wobei Eins der Maximalwert ist und c größer als Null ist und wobei der dynamische Grenzwert (αn) durch eine Multiplikation des statischen Grenzwertes (α) mit dem Dynamikwert (β) gebildet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the dynamic value (β) assumes a scalar value between a value c and one, wherein one is the maximum value and c is greater than zero, and wherein the dynamic limit value (α n ) is formed by multiplying the static limit value (α) with the dynamic value (β). Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ab einer vorbestimmten Variationsbreite der Signale und/oder der Parametergrößen der Dynamikwert (β) als Eins gesetzt wird.Procedure according to Claim 5 , characterized in that from a predetermined range of variation of the signals and/or the parameter sizes the dynamic value (β) is set to one. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Bestimmung der Variationsbreite der Signale und/oder der Parametergrößen in dem vorgegebenen Zeitfenster ein statistisches Verfahren aus dem Bereich Korrelationsanalyse, Regressionsanalyse, Simulationsmodell, Experimentelle Methode oder eine Sensitivitätsanalyse herangezogen wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a statistical method from the field of correlation analysis, regression analysis, simulation model, experimental method or sensitivity analysis is used to determine the range of variation of the signals and/or the parameter sizes in the given time window. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das statistische Verfahren in Abhängigkeit von dem zu überprüfenden Signal herangezogen wird.Procedure according to Claim 7 characterized in that the statistical method is used depending on the signal to be checked. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Signale ausgehend von einem technischen System und/oder Bauteil als Quelle übermittelt werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the signals are transmitted from a technical system and/or component as the source. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aktuellen Signale vorverarbeitet werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the current signals are pre-processed. Vorrichtung (9) zum Erkennen von Anomalien in einem Satz von Signalen, wobei das Signal eine zu überprüfende Größe eines technischen Systems darstellt, dadurch gekennzeichnet, dass eine Speichereinheit mit einem Modell (10) vorgesehen ist, wobei das Modell zur Abbildung von einer festen Anzahl von in einem zurückliegenden Zeitfenster liegenden Signalen auf ein Ausgabeziel ausgebildet ist, wobei das Ausgabeziel eine Abbildung der Signale in einem zukünftigen Zeitschritt als Zukunftssignale (ŷ) bewerkstelligt, wobei ferner ein statischer Grenzwert (α) in der Speichereinheit vorgesehen ist, welcher in Bezug auf vorhandene Residuen (R) der vorhergesagten Zukunftssignale (ŷ) durch das Modell (10) definiert ist, wobei ferner eine Recheneinheit vorgesehen ist, welche zum Erfassen eines Satzes von aktuellen Signalen als auch von, das zu überprüfende Signal, aktuell beeinflussenden Parametergrößen aus zumindest einer Messquelle ausgebildet ist, wobei die Recheneinheit, ferner zur Eingabe der aktuellen Signale in das Modell (10) über das zurückliegende Zeitfenster und zur Ausgabe eines vorhergesagten Zukunftssignals (ŷ) ausgebildet ist, wobei die Recheneinheit zur Generierung eines dynamischen Dynamikwertes (β) ausgebildet ist, wobei der dynamische Dynamikwert (β) von einer Variationsbreite der Signale und/oder einer Variationsbreite der aktuell beeinflussenden Parametergrößen über das zurückliegende Zeitfenster abhängt, wobei der dynamische Dynamikwert (β) umso höher gesetzt ist, je höher die Signale und /oder die beeinflussenden Parametergrößen über das Zeitfenster variieren und wobei die Recheneinheit zur Generierung eines dynamischen Grenzwertes (αn), anhand des Dynamikwertes (β) und des statischen Grenzwertes (α), ausgebildet ist und aufweisend eine Vergleichseinheit, zum Ermitteln von einem aktuellen Residuum (R) anhand des vorhergesagten Zukunftssignals (ŷ) und zum Generieren eines Anomalienalarms, wenn das aktuelle Residuum (R) des durch das Modell (10) vorhergesagten Zukunftssignals (ŷ) den dynamischen Grenzwert (αn) überschreitet.Device (9) for detecting anomalies in a set of signals, wherein the signal represents a quantity of a technical system to be checked, characterized in that a storage unit with a model (10) is provided, wherein the model is configured to map a fixed number of signals in a past time window to an output target, wherein the output target maps the signals in a future time step as future signals (ŷ), wherein a static limit value (α) is further provided in the storage unit, which is defined by the model (10) with respect to existing residuals (R) of the predicted future signals (ŷ), wherein a processing unit is further provided, which is configured to acquire a set of current signals as well as parameter quantities currently influencing the signal to be checked from at least one measurement source, wherein the processing unit is further configured to input the current signals into the model (10) over the past time window and to output a predicted future signal (ŷ), wherein the processing unit is configured to The generation of a dynamic dynamic value (β) is configured, wherein the dynamic dynamic value (β) depends on a variation range of the signals and/or a variation range of the currently influencing parameter sizes over the past time window, wherein the dynamic dynamic value (β) is set higher the more the signals and/or the influencing parameter sizes vary over the time window, and wherein the computing unit is configured to generate a dynamic limit value (α n ) based on the dynamic value (β) and the static limit value (α), and comprising a comparison unit for determining a current residual (R) based on the predicted future signal (ŷ) and for generating an anomaly alarm when the current residual (R) of the future signal (ŷ) predicted by the model (10) exceeds the dynamic limit value (α n ). Vorrichtung (9) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzeigeneinheit vorgesehen ist, zum Anzeigen der Überschreitung bei Auftreten eines Anomalienalarms.Device (9) according Claim 11 , characterized in that a display unit is provided to indicate the exceedance when an anomaly alarm occurs. Generator (5) mit einem Getriebe (4), der Generator (5) aufweisend ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche und/oder eine Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Signale kennzeichnende Parameter des Getriebes (4) oder des Generators (5) sind.Generator (5) with a gearbox (4), the generator (5) comprising a method according to one of the preceding claims and/or a device according to one of the preceding claims, wherein the signals are characterizing parameters of the gearbox (4) or of the generator (5). Generator (5) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (4) zumindest ein Getriebelager (7) aufweist und die Signale zumindest eine Lagertemperatur umfassen.Generator (5) after Claim 13 , characterized in that the gearbox (4) has at least one gearbox bearing (7) and the signals include at least one bearing temperature. Windkraftanlage (1) mit einem Generator (5) nach Anspruch 13 oder 14.Wind turbine (1) with a generator (5) according to Claim 13 or 14 .
DE102023207829.5A 2023-08-15 2023-08-15 Method and system for detecting anomalies in a set of signals Active DE102023207829B4 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102023207829.5A DE102023207829B4 (en) 2023-08-15 2023-08-15 Method and system for detecting anomalies in a set of signals

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102023207829.5A DE102023207829B4 (en) 2023-08-15 2023-08-15 Method and system for detecting anomalies in a set of signals

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102023207829A1 DE102023207829A1 (en) 2025-02-20
DE102023207829B4 true DE102023207829B4 (en) 2025-12-11

Family

ID=94390936

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102023207829.5A Active DE102023207829B4 (en) 2023-08-15 2023-08-15 Method and system for detecting anomalies in a set of signals

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102023207829B4 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19939872A1 (en) * 1999-02-01 2000-08-10 Continental Teves Ag & Co Ohg Method and device for sensor monitoring, in particular for an ESP system for vehicles
DE10355022A1 (en) * 2003-11-25 2005-06-23 Daimlerchrysler Ag Method for monitoring a technical system
DE102012009657B3 (en) * 2012-04-26 2013-04-11 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Method for detecting and identifying oscillatory error in flight control system of aircraft, involves determining residual on basis of control signal, position, provided vector indicating aircraft flight condition and model
DE102016117190A1 (en) * 2016-09-13 2018-03-15 fos4X GmbH A method and apparatus for monitoring a condition of at least one wind turbine and computer program product

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19939872A1 (en) * 1999-02-01 2000-08-10 Continental Teves Ag & Co Ohg Method and device for sensor monitoring, in particular for an ESP system for vehicles
DE10355022A1 (en) * 2003-11-25 2005-06-23 Daimlerchrysler Ag Method for monitoring a technical system
DE102012009657B3 (en) * 2012-04-26 2013-04-11 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Method for detecting and identifying oscillatory error in flight control system of aircraft, involves determining residual on basis of control signal, position, provided vector indicating aircraft flight condition and model
DE102016117190A1 (en) * 2016-09-13 2018-03-15 fos4X GmbH A method and apparatus for monitoring a condition of at least one wind turbine and computer program product

Also Published As

Publication number Publication date
DE102023207829A1 (en) 2025-02-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102016008987B4 (en) Machine learning method and machine learning apparatus for learning failure conditions, and failure prediction apparatus and failure prediction system including the machine learning apparatus
EP1543394B1 (en) Method and device for monitoring a technical installation comprising several systems, in particular an electric power station
EP2083338B1 (en) Process and device for monitoring a machine
DE3689800T2 (en) Plant diagnostic system.
DE102017003165A1 (en) A machine learning device and a machine learning method for learning the error prediction of a main shaft or a motor that drives the main shaft, and an error prediction device and an error prediction system comprising a machine learning device
WO2020216530A1 (en) Method for determining remaining useful life cycles, remaining useful life cycle determination circuit, and remaining useful life cycle determination apparatus
WO2019011877A1 (en) MONITORING DEVICE AND METHOD FOR MONITORING A SYSTEM
DE102020212277A1 (en) Method and device for determining a remaining service life based on a predictive diagnosis of components of an electric drive system using artificial intelligence methods
DE102018203280A1 (en) State diagnostic device
EP3513066A1 (en) Method and device for monitoring a status of at least one wind turbine and computer program product
EP3282399A1 (en) Method for the improved detection of process anomalies of a technical installation and corresponding diagnostic system
EP2895926A1 (en) Method for the computer-assisted monitoring of the operation of a technical system, particularly of an electrical energy-generating installation
DE112020003694T5 (en) Error probability evaluation device and error probability evaluation method
DE112021005667T5 (en) Method and device for detecting anomalies in a mechanical device or a mechanical component
CH717054A2 (en) Procedure for diagnosing a bearing.
DE102008037532A1 (en) Automatic detection and reporting of wear of internal turbine components
DE102020200051A1 (en) Method for determining remaining usage cycles, remaining usage cycle determining circuit, remaining usage cycle determining device
DE102023207829B4 (en) Method and system for detecting anomalies in a set of signals
EP1189126B1 (en) Method for monitoring an installation
WO2018178196A1 (en) Method for determining a degree-of-damage uncertainty of a motor vehicle
DE102022134209B3 (en) Method, diagnostic device and system for monitoring operation of an internal combustion engine
EP4348825A1 (en) Method and monitoring device for monitoring the condition of a machine
DE102021128065A1 (en) Method for detecting an anomaly in operating measurements of a turbomachine and analysis device and machine monitoring device
DE102005030202A1 (en) Method and device for condition monitoring of ship installations
EP3959571A1 (en) Method for determining remaining useful life cycles, remaining useful life cycle determination circuit, and remaining useful life cycle determination apparatus

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division