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DE19855745B4 - Method for fault diagnosis and quality assessment (rating) of rotating machines on a series test bench - Google Patents

Method for fault diagnosis and quality assessment (rating) of rotating machines on a series test bench Download PDF

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DE19855745B4
DE19855745B4 DE1998155745 DE19855745A DE19855745B4 DE 19855745 B4 DE19855745 B4 DE 19855745B4 DE 1998155745 DE1998155745 DE 1998155745 DE 19855745 A DE19855745 A DE 19855745A DE 19855745 B4 DE19855745 B4 DE 19855745B4
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Medav Digitale Signalverarbeitung GmbH
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Abstract

Verfahren zur automatischen Fehleridentifikation und zum Rating von rotierenden Maschinen auf einem Serienprüfstand durch Auswertung ihres emittierten Schalls und Bearbeitung des Schallsignals mittels Fourieranalyse oder Ordnungsanalyse zur Bestimmung des Merkmalsvektors, wobei drei Auswertesysteme, nämlich ein Grobdiagnose-, ein Feindiagnose- und ein Ratingsystem parallel geschaltet sind,
wobei das Grobdiagnosesystem einen Schwellwertentscheider beinhaltet, der vorgebbare Schwellwerte für die einzelnen Merkmalsvektorkomponenten mit aktuellen Komponentenwerten vergleicht und die Diagnose durch automatische Auswertung der Stückliste des Prüflings erfolgt,
wobei das Feindiagnosesystem einen auf Künstlicher Intelligenz (KI) basierten Klassifikator beinhaltet, der unüberwacht anhand der Grobdiagnoseergebnisse trainiert wird und der seine Diagnosefähigkeit durch überwachtes Lernen verfeinert,
wobei das Ratingsystem einen KI-basierten Klassifikator beinhaltet, der durch überwachtes Training anhand von Mustern und der Ergebnisse der Grob- und Feindiagnose lernt,
und wobei die Klassifikationsergebnisse der Grob- und Feindiagnose und des Ratings neben den zugehörigen Zeit- und Drehzahlsignalen den Merkmalsvektor und die Betriebsdaten archiviert und zum off-line-Training...
Method for automatic fault identification and rating of rotating machines on a series test bench by evaluation of their emitted sound and processing of the sound signal by means of Fourier analysis or order analysis for determining the feature vector, wherein three evaluation systems, namely a rough diagnosis, a fine diagnosis and a rating system are connected in parallel,
wherein the rough diagnosis system includes a threshold value comparator which compares predefinable threshold values for the individual feature vector components with current component values and the diagnosis is carried out by automatic evaluation of the part list of the test object,
wherein the fine diagnostic system includes an artificial intelligence (AI) based classifier that is trained unsupervised based on the gross diagnostic results and that refines its diagnostic capability through supervised learning,
wherein the rating system includes an AI-based classifier that learns through supervised training based on patterns and the results of the coarse and fine diagnosis,
and where the classification results of the coarse and fine diagnosis and the rating in addition to the associated time and speed signals archive the feature vector and the operating data and for off-line training ...

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Description

Rotierende Maschinen im Sinne dieser Beschreibung sind Maschinen, die neben feststehenden Teilen auch rotierende Teile wie z.B. Zahnräder, Lager und Wellen enthalten. Besondere Bedeutung haben hierbei Fahrzeuggetriebe, Elektro- und Verbrennungsmotoren sowie ihre Komponenten und Zusatzaggregate wie z.B. Kupplungen, Turbolader, Differenziale. Fehlerdiagnose umfasst die Erkennung eines fehlerbehafteten Prüflings, die Identifizierung der fehlerhaften Komponente(n) sowie die Beschreibung des Fehlers, z.B. Zahnbruch, Unwucht. Als Rating wird die Qualitätsbewertung der Prüflinge durch Abbildung in eine Referenzskala bezeichnet; eine in der Kfz-Industrie häufig anzutreffende Ratingskala geht von 1 (= sehr schlecht) bis 10 (sehr gut).rotating Machines in the sense of this description are machines that are next to fixed parts also rotating parts such. Gears, bearings and waves included. Particular importance here vehicle transmissions, Electric and internal combustion engines and their components and ancillaries such as. Clutches, turbochargers, differentials. Includes fault diagnosis the detection of a faulty test object, the identification of the faulty component (s) as well as the description of the fault, e.g. Tooth fracture, imbalance. As a rating, the quality assessment of the candidates by Figure designated in a reference scale; a common in the automotive industry Rating scale goes from 1 (= very bad) to 10 (very good).

Rotierende Teile erzeugen Schwingungen (Körperschall und Geräusche). Die geeignete Auswertung dieser Schwingungen liefert Informationen zur Qualität und möglichen Fertigungsfehlern.rotating Parts generate vibrations (structure-borne noise and noises). The appropriate evaluation of these vibrations provides information on quality and possible Manufacturing defects.

Bei der Qualitätsprüfung von rotierenden Maschinen sind Verfahren unter Einsatz von Schwellwertentscheidern bekannt, bei denen im wesentlichen Schallpegel oder bestimmte Frequenzanteile mit manuell vorgegebenen Toleranzwerten verglichen werden. Diese Verfahren liefern im Ergebnis die Einstufung des Prüflings als iO oder niO, eine detaillierte Fehleranalyse wird nicht vom Messsystem durchgeführt sondern muss durch Demontage des Prüflings ermittelt werden.at the quality inspection of rotating machines are methods using threshold value deciders known, in which substantially sound level or certain frequency components with manually preset tolerance values are compared. This procedure result in the classification of the candidate as OK or NOK, one detailed error analysis is not performed by the measuring system but must be done by disassembling the test object be determined.

Verbreitete alternative Qualitätsbewertungen sind die Bewertung der Schallemissionen des Prüflings durch das Prüfpersonal oder das Abhören des Körperschalls mit Stethoskop oder Hörrohr. Die vom Prüfer durchgeführte Bewertung ist jedoch subjektiv und schlecht reproduzierbar.spread alternative quality assessments are the evaluation of the sound emissions of the test specimen by the test personnel or listening of structure-borne sound with stethoscope or ear tube. The examiner conducted However, rating is subjective and poorly reproducible.

Verfahren, die auf trainierbaren Systemen aus dem Umfeld der künstlichen Intelligenz aufbauen, z.B. neuronale Netze, haben bisher aufgrund ihres Trainingsaufwandes keinen Einzug in der Produktion zum Zweck der Fehleridentifizierung und des Ratings gehalten.Method, those on trainable systems from the environment of the artificial Build intelligence, e.g. neural networks, have so far due their training effort no entry into production for the purpose error identification and rating.

Das in at Automatisierungstechnik 39(1991) 2, Seiten 43–48, aufgeführte Verfahren nutzt neuronale Netze zur Klassifikation, weicht jedoch in der Vorgehensweise zum Trainieren der neuronalen Netze nachhaltig vom unten vorgeschlagenen Verfahren ab und es fehlt an der Fehlerdiagnosemöglichkeit im Sinne der Identifikation der mechanischen Erregerkomponente. Das in Bild & Ton Bd. 45 (1992), Heft 11/12, Seiten 320–326, aufgeführte Verfahren beschreibt ein Verfahren zur schwingungsanalysebasierten Materialprüfung, das auch als Klangprüfung bekannt ist. Wesentliche Unterschiede zum vorgeschlagenen Verfahren liegen in der Vorgehensweise zum Training des Klassifizierers, im Ergebnis der Klassifikation und dem jeweiligen Anwendungsgebiet.The in Automatisierungsstechnik 39 (1991) 2, pages 43-48, listed methods uses neural networks for classification, but deviates in the approach to train the neural networks sustainably from below suggested Procedure and there is a lack of error diagnostic capability in the sense of identification the mechanical excitation component. The in Picture and Sound Bd. 45 (1992), Issue 11/12, pages 320-326, listed Method describes a method for vibration analysis-based Material testing, also known as sound testing is. Significant differences to the proposed method lie in the procedure for training the classifier, in the result the classification and the respective field of application.

Das in Meßtechnik und Meßsignalverarbeitung, K.W. Bonfig, Hrsg. Renningen-Malsheim: expert-Verlag 1996, Seiten 122–127, aufgeführte Verfahren der Ordnungsanalyse und der dort beschriebene Messaufbau sind nicht Gegenstand der vorliegenden Patentansprüche.The in metrology and measurement signal processing, K. W. Bonfig, ed. Renningen-Malsheim: expert-Verlag 1996, pages 122-127, listed procedures the order analysis and the measurement setup described there are not The subject matter of the present claims.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Realisierung und das Training eines Klassifikators zur Fehlerdiagnose und zum Rating von rotierenden Maschinen am Serienprüfstand. Ein nach dieser Erfindung realisierter und trainierter Klassifizierer ermöglicht eine detaillierte Fehlerdiagnose am Serienprüfstand bereits mit dem ersten Prüfling, benötigt also keine der Prüfung vorangehende explizite Trainingsphase. Durch kontinuierliche Nutzung der während der Serienprüfung gewonnenen Erfahrungen wird die Fehlerdiagnose verfeinert.The The present invention relates to the realization and the Training of a classifier for fault diagnosis and rating of rotating machines on the series test bench. One after this invention Realized and trained classifier allows a detailed fault diagnosis on the series test bench already with the first examinee, needed so none of the exam previous explicit training phase. Through continuous use while the series test gained experience, the fault diagnosis is refined.

Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.According to the invention Asked task by the specified in the characterizing part of claim 1 Characteristics solved.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen 2 bis 8 angegeben. Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile ergeben sich aus der folgenden Beschreibung.advantageous Further developments and refinements of the method are in the dependent claims 2 to 8 indicated. The achievable with the present invention advantages from the description below.

Erfindungsgemäß werden der bekannte mechanische Aufbau des Prüflings und die festen Übertragungsverhältnisse zwischen rotierenden Teilen bei bekanntem Drehzahlsignal zur Fehlerdiagnose genutzt.According to the invention the well-known mechanical structure of the specimen and the fixed transmission conditions between rotating parts with known speed signal for fault diagnosis used.

1 enthält ein Blockschaltbild für den Aufbau des universellen Fehlerdiagnosesystems. Im Modul „Sensorik" werden die Messdaten aufgezeichnet. Gemessen werden neben den Körperschall und/oder Geräuschen die Drehzahl bzw. mehrere Drehzahlsignale sowie Betriebsdaten; der jeweilige Messaufbau kann sich anwendungsbedingt unterscheiden. Erfasste Betriebsdaten können z.B. sein: Öltemperatur und Last bei Getrieben, Drehmoment und Kompressionsdruck bei Verbrennungsmotoren. Die Messdaten am Ausgang des Moduls „Sensorik" sind digitalisiert. Im Modul „Signalvorverarbeitung" werden die digitalisierten Messdaten für eine detaillierte Signalanalyse aufbereitet. Typische Operationen sind Zeitsignalsegmentierung, Fensterung und Filterung der Schwingungssignale. 1 contains a block diagram for the construction of the universal fault diagnosis system. In the "Sensor" module, the measured data are recorded.The system measures not only structure-borne noise and / or noise, but also the speed or several speed signals as well as operating data, the measurement setup may vary depending on the application Compression pressure in internal combustion engines The measured data at the output of the "Sensors" module are digitized. The module "Signal preprocessing" processes the digitized measurement data for a detailed signal analysis NEN are time signal segmentation, windowing and filtering of the vibration signals.

Im Block „Merkmalsberechnung" werden aus den vorverarbeiteten Daten diejenigen Merkmale extrahiert, die zur Klassifikation signifikant sind. Aus den extrahierten Merkmalen wird anschließend der Merkmalsvektor bestimmt, der somit die signifikanten Informationen zur Unterscheidung der verschiedenen Prüflingsqualitäten und der fehlerhaften Komponenten enthält. Betriebsdaten, Drehzahlbereiche und Lastzustände können Bestandteile des Merkmalsvektors sein.in the Block "feature calculation" are from the preprocessed Data extracts those features that are significant to the classification are. The feature vector then becomes the feature vector thus determining the significant information for discrimination the different test specimen qualities and contains the faulty components. Operating data, speed ranges and load conditions can Be part of the feature vector.

Der Merkmalsvektor wird durch parallel geschaltete Klassifizierer, den Blöcken „Grobdiagnostik", „Feindiagnostik" und „Rating" verarbeitet. Die Funktionsweisen werden nachfolgend beschrieben. Für jede Messung werden die Sensorsignale, Merkmalsvektoren und Klassifizierergebnisse in einem Archiv zur Dokumentation des Prüfprozesses und zum Training der Systeme „Feindiagnostik" und „Rating" gesichert.Of the Feature vector is determined by parallel classifiers, the Blocks "rough diagnostics", "fine diagnostics" and "rating" processes are described below. For each measurement, the sensor signals, Feature vectors and classification results in an archive for Documentation of the inspection process and to train the systems "enemy diagnostics" and "rating".

Sollen wie hier vorausgesetzt rotierende Maschinen geprüft werden, ist es zweckmäßig, Verfahren zur Ordnungsanalyse einzusetzen. Ein Verfahren, das auf digitalem Resampling aufsetzt, ist in Groppe, Jonuscheit, Strama, Thomä: „Ordnungsanalyse", Messtechnik und Messsignalverarbeitung, MESSCOMP 1996, expert Verlag, 1996, beschrieben. Bei konstanten Drehzahlen kann anstelle der Ordnungsanalyse auch Fast Fourier Transformation eingesetzt werden.Should As provided here rotating machinery to be tested, it is appropriate method to use for order analysis. A method based on digital Resampling is in Groppe, Jonuscheit, Strama, Thomä: "order analysis", metrology and Measurement signal processing, MESSCOMP 1996, expert Verlag, 1996, described. At constant speeds, instead of order analysis can also Fast Fourier transformation can be used.

Die Bedeutung der Ordnungsanalyse für die nachgeschaltete Klassifikation liegt darin, dass eine unmittelbare und drehzahlunabhängige Beziehung zwischen den Ordnungslinien und dem mechanischen Aufbau des Prüflings gegeben ist. Das wird am nachfolgenden Beispiel für ein Getriebe erläutert: Auf der Antriebswelle sitzt ein Zahnrad mit 23 Zähnen, in das ein zweites Zahnrad mit 44 Zähnen eingreifen soll.The Meaning of order analysis for the downstream classification is that an immediate and speed independent Relationship between the order lines and the mechanical structure of the test piece given is. This is the example below for a transmission explains: On the drive shaft sits a gear with 23 teeth, in which a second gear with 44 teeth should intervene.

2 zeigt einen Ausschnitt aus dem zugehörigen Ordnungsspektrum bezogen auf die Antriebswelle. Ordnung 1 entspricht der Umdrehung der Antriebswelle. Die Ordnung 23 ist die Ordnung des Zahneingriffs. Zahnrad Z23 und Zahnrad Z44 tragen zur Gesamtenergie der Zahneingriffsordnung bei, ihre jeweiligen Anteile sind nicht zu separieren. Bedingt durch Unwuchten an den Zahnrädern Z23 und Z44 entstehen um die Ordnung des Zahneingriffs Seitenbänder. Entscheidend für die Fehlerdiagnose ist, dass die Seitenbänder eindeutig den mechanischen Verursachern zuordenbar sind. Im Abstand von ganzzahligen Vielfachen von ±1 Ordnung von der Zahneingriffsordnung liegen die Seitenbandlinien von Zahnrad Z23, im Abstand von ±23/44-stel Ordnung liegen die Seitenbandlinien von Zahnrad Z44. Die Ordnungsanalyse benötigt eine ausreichend hohe Auflösung, um die Seitenbänder der Zahnräder Z23 und Z44 zu trennen. 2 shows a section of the associated Ordnungsspektrum relative to the drive shaft. Order 1 corresponds to the revolution of the drive shaft. The order 23 is the order of meshing. Gear Z23 and gear Z44 contribute to the total energy of the meshing order, their respective shares are not to be separated. Due to imbalance on the gears Z23 and Z44 arise to the order of the meshing sidebands. Crucial for the fault diagnosis is that the sidebands are clearly attributable to the mechanical causers. At a distance of integer multiples of ± 1 order from the meshing order are the sideband lines of gear Z23, at a distance of ± 23/44-stel order are the sideband lines of gear Z44. The order analysis requires a sufficiently high resolution to separate the sidebands of gears Z23 and Z44.

Die Ordnungsanalyse muss also eine ausreichend hohe Auflösung haben, um die Seitenbänder der rotierenden Komponenten zu separieren. Ordnungsauflösung und Drehzahlgenauigkeit beeinflussen die Aussagefähigkeit nachhaltig. Die vorhandenen Harmonischen, z.B. der Zahneingriffsordnung, können für die Klassifikation ebenfalls genutzt werden.The Order analysis must therefore have a sufficiently high resolution, around the sidebands of the to separate rotating components. Order resolution and Speed accuracy has a lasting effect on the informative value. The existing ones Harmonics, e.g. the meshing order, can also be used for the classification be used.

3 zeigt die Funktionsblöcke des Klassifizierers zur Grobdiagnostik. Ein Schwellwertentscheider vergleicht den Merkmalsvektor komponentenweise gegen einen vorgegebenen oberen und unteren Schwellwert. Die Ordnungslinien, die über oder unter den jeweiligen Schwellen liegen, werden im Block „Grobdiagnostik" auf ihre mechanischen Verursachungen hin analysiert. Dieses Wissen steht dem Block „Grobdiagnostik" durch Auswertung der eindeutigen und verfügbaren Stückliste des Prüflings zur Verfügung. Die Stückliste enthält alle Komponenten des Prüflings mit den relevanten Konstruktionsmerkmalen wie z.B. Zahnradtyp, Zähnezahl, Lagertyp. Das Messsystem ermittelt automatisch bei Serienanlauf, Produktionswechsel und Stücklistenänderungen diejenigen Ordnungen, die konstruktiv bedingt, also angeregt, auftreten können, und speichert diese in eine Referenztabelle. Bei der Grobdiagnose kann damit der Bezug zwischen den abweichenden Ordnungslinien und deren mechanischen Erregern hergestellt werden. Der Zusammenhang zwischen Ordnungsauflösung und Erregeridentifikation ist zu berücksichtigen. 3 shows the function blocks of the classifier for rough diagnostics. A threshold value comparator compares the feature vector component by component against a predetermined upper and lower threshold. The order lines that are above or below the respective thresholds are analyzed in the block "rough diagnosis" for their mechanical causes.This knowledge is available to the block "rough diagnosis" by evaluating the unique and available parts list of the test object. The parts list contains all components of the test object with the relevant design features such as gear type, number of teeth, bearing type. The measuring system automatically determines those orders that are constructive, ie excited, during production startup, production change and BOM changes, and stores these in a reference table. In the case of the rough diagnosis, the relation between the deviating order lines and their mechanical exciters can thus be established. The connection between order resolution and pathogen identification must be taken into account.

Dem Schwellwertentscheider werden die oberen und unteren Schwellen durch einen Experten vorgegeben. Der Experte kann das Ergebnis der Grobdiagnostik zur Nachstellung der Schwellwerte nutzen. Die Diagnosefähigkeit des Schwellwertentscheiders ist und bleibt auf den Kontext von Stücklisten und der daraus ableitbaren Zuordnung von angeregten Ordnungen zu den jeweiligen mechanischen Erregern beschränkt. Das Ergebnis der Grobdiagnostik wird im Archiv zu Zwecken der Dokumentation und zur weiteren Verarbeitung im Block „Feindiagnostik" gespeichert.the Threshold decision makers go through the upper and lower thresholds given an expert. The expert can be the result of the rough diagnosis use to adjust the thresholds. The diagnostic ability The threshold decision maker is and remains the context of BOMs and the derivable assignment of excited orders limited to the respective mechanical agents. The result of the rough diagnosis is stored in the archive for documentation and further processing stored in the "Advanced diagnostics" block.

Der Merkmalsvektor wird parallel zur Verarbeitung im Modul „Grobdiagnostik" auch im Modul „Feindiagnostik" bewertet. 4 beschreibt die Funktionsweise der „Feindiagnostik". Im Kern beinhaltet die „Feindiagnostik" einen Klassifikator auf der Basis von Methoden der Künstlichen Intelligenz, nachfolgend als KI-basierter Klassifikator genannt. Der KI-basierte Klassifikator ist trainierbar und zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass er sein Wissen teilweise (vom Experten) unüberwacht und teilweise (vom Experten) überwacht lernt. Das Trainingskonzept wird unten erläutert.The feature vector is evaluated parallel to the processing in the module "rough diagnosis" also in the module "fine diagnostics". 4 In essence, "fine diagnostics" includes a classifier based on Artificial Intelligence methods, hereafter referred to as an AI-based classifier. The AI-based classifier is trainable and distinguishes itself according to the invention in that it can be Knowledge partly (by the expert) unsupervised and partially supervised (by the expert) learns. The training concept is explained below.

Zum Zeitpunkt des Serienanlaufs ist der KI-basierte Klassifikator „wissensfrei". Das KI-System lernt während der Serienproduktion permanent von der „Grobdiagnostik". Dieses Training erfolgt vom Experten unüberwacht durch Nutzung der „Grobdiagnostik"-Ergebnisse.To the The start of production is the AI-based classifier "Wissenfrei." The AI system is learning while the series production permanently from the "rough diagnosis" .This training done by the expert unmonitored by using the "rough diagnosis" results.

Der KI-basierte Klassifikator kann durch weitergehendes Training zusätzliche Fehler erkennen, die vom Modul Grobdiagnostik nicht erkannt werden, z.B. weil die mechanische Ursache des Fehlers nicht eindeutig ist (siehe Beispiel zu 2) oder sich der Fehler in nicht-angeregten Ordnungen darstellt; nicht-angeregte Ordnungen sind Ordnungen, die keinen unmittelbaren Bezug auf eine angeregten mechanischen Komponenten haben. Neben der Identifizierung der beschädigten Komponente kann der KI-basierte Klassifikator zusätzlich Fehlerarten an der gleichen Komponente zu unterscheiden lernen, z.B. Zahnradausbrüche und Unwuchten, oder auch drehzahlunabhängige Fehler oder statistisch auftretende Fehler wie sie bei Verbrennungsprozessen auftreten können. Diese Eigenschaft zur detaillierten Fehlerangabe wird hier als Feindiagnosefähigkeit des KI-basierten Klassifikators verstanden.The AI-based classifier can detect additional errors through further training, which are not recognized by the module rough diagnosis, eg because the mechanical cause of the error is not clear (see example to 2 ) or the error is in non-excited orders; non-excited orders are orders that have no direct reference to an excited mechanical component. In addition to identifying the damaged component, the AI-based classifier can also learn to distinguish types of errors on the same component, such as gear breakages and imbalances, or speed-independent errors or statistically occurring errors as they can occur in combustion processes. This property for detailed error indication is understood here as the fine diagnostic capability of the AI-based classifier.

Um diese Feindiagnosefähigkeit zu fördern, hat der Experte die Möglichkeit, einem (archivierten) Prüfergebnis eine bestimmte Interpretation, z.B. ein spezieller Komponentenfehler, zuzuordnen.Around this fine diagnostic ability to promote the expert the opportunity an (archived) test result a particular interpretation, e.g. a special component error, assigned.

Wird ein Fehler am Prüfling festgestellt, ist häufig die Demontage des Prüflings nötig, um die Fehlerursache eindeutig festzustellen. In der Zwischenzeit wird die Serienprüfung fortgesetzt. Es ist deshalb wichtig, dass die Prüfergebnisse sowie zugehörige Merkmalsvektoren und/oder Messsignale, Drehzahlsignale und/oder Betriebsdaten archiviert und für eine spätere Bewertung des Prüflings verfügbar sind.Becomes a mistake on the test object it is common the disassembly of the test object necessary, to determine the cause of the error clearly. In the meantime will be the series test continued. It is therefore important that the test results and associated feature vectors and / or measurement signals, speed signals and / or operating data archived and for one latter Evaluation of the test piece available are.

Ist ein Fehler eindeutig identifiziert, kann dem Merkmalsvektor und dem Messsignal die zutreffende Diagnose zugeordnet werden, der Experte bewertet damit die archivierten Daten. Die Bewertung wird ebenfalls archiviert.is an error can be uniquely identified, the feature vector and the correct diagnosis is assigned to the measuring signal, the expert evaluates the archived data. The rating will also be archived.

Der KI-basierte Klassifizierer trainiert anhand seiner Trainingsdaten typischerweise off-line. Je Klasse ist eine beschränkte Anzahl von Mustern im Archiv verfügbar. Nach erfolgtem Training werden die entsprechenden Systemparameter auf das Messsystem am Serienprüfsystem kopiert, die Systemparameter für eine spätere Nachvollziehbarkeit des Prüfprozesses archiviert.Of the AI-based classifiers train based on their training data typically off-line. Each class is a limited number of patterns available in the archive. After completing the training, the corresponding system parameters on the measuring system on the series test system copied the system parameters for a later one Traceability of the test process archived.

Die Verfügbarkeit des Klassifizierergebnisses des Moduls „Grobdiagnostik" ist wesentlich für das Training des Systems „Feindiagnostik". Während des Trainings des KI-basierten Klassifikators werden z.B. bei neuronalen Netzen Cluster für gleichwertige Klassen bestimmt (vergleiche hierzu Kolb: Tutorial Intelligente Systeme – Neuronale Netze und Statistische Methoden der Mustererkennung, MEDAV, 1998) oder bei Methoden des Fallbasierten Schließens Ähnlichkeitsmaße (vergleiche hierzu z.B. Gottlob, Frühwirth, Horn: Expertensysteme, Springer Verlag, 1990). Eine typische Problematik beim Training von KI-basierten Klassifikatoren ist die Beschreibung der Clusterausdehnung; dieses Problem ist insbesondere bei einer relativ geringen Anzahl von Trainingsmustern für verschiedene Klassen gegeben. Die „Grobdiagnostik"-Ergebnisse werden zur Beschreibung der Clustergrenzen bzw. Ähnlichkeitsmaße genutzt. Mit dieser Strategie gelingt es, den überwiegenden Anteil der Produktion, nämlich die Produktion der fehlerfreien Produkte, durch einen unüberwachten Lernprozess für das Training zu nutzen.The Availability of the classification result of the module "rough diagnosis" is essential for the training of the "enemy diagnostics" system Trainings of the AI based classifier are e.g. in neural Networks clusters for equivalent classes determined (compare Kolb: Tutorial Intelligent Systems - Neuronal Networks and Statistical Methods of Pattern Recognition, MEDAV, 1998) or in case-based reasoning methods similarity measures (cf. for example, e.g. Thank God, Frühwirth, Horn: Expert Systems, Springer Verlag, 1990). A typical problem When training AI-based classifiers, the description of the Cluster expansion; This problem is especially in a relative given a small number of training patterns for different classes. The "rough diagnosis" results will be used to describe the cluster boundaries or similarity measures. With this strategy, the majority of production, namely the production of faultless products, through an unmonitored Learning process for to use the training.

Das Klassifikationssystem „Rating" ist vergleichbar zur Funktionsweise des Klassifizierers „Feindiagnostik" nach 4. Die Trainingsmuster des Klassifizierers „Rating" werden vom Experten bewertet. Daneben werden den Fehlern, wie sie in den Modulen „Grobdiagnostik" und „Feindiagnostik" erkannt werden, Ratingwerte zugeordnet und ebenfalls für das Training verwendet. Die ausgewählten Muster sowie ihre Bewertung werden archiviert. Nach erfolgtem Training werden die entsprechenden Systemparameter auf das Messsystem am Serienprüfsystem kopiert und die Systemparameter für eine spätere Nachvollziehbarkeit des Prüfprozesses archiviert.The classification system "Rating" is comparable to the functionality of the classifier "Feiniagnostik" according to 4 , The ratings of the rating classifier are evaluated by the expert, and the errors as identified in the "rough diagnosis" and "fine diagnostics" modules are assigned rating values and also used for the training, the selected samples and their rating are archived. After completion of the training, the corresponding system parameters are copied to the measuring system on the series test system and the system parameters are archived for later traceability of the test process.

Die resultierenden Klassifikationsergebnisse stehen nebeneinander und ergänzen sich. Die Ergebnisse der „Grobdiagnostik" und „Feindiagnostik" können zur gegenseitigen Plausibilitätskontrolle verwendet werden. Das „Rating"-Ergebnis kann angegeben werden.The resulting classification results are juxtaposed and complete yourself. The results of "rough diagnosis" and "fine diagnostics" can be used for mutual plausibility check be used. The "Rating" result can be specified become.

Claims (8)

Verfahren zur automatischen Fehleridentifikation und zum Rating von rotierenden Maschinen auf einem Serienprüfstand durch Auswertung ihres emittierten Schalls und Bearbeitung des Schallsignals mittels Fourieranalyse oder Ordnungsanalyse zur Bestimmung des Merkmalsvektors, wobei drei Auswertesysteme, nämlich ein Grobdiagnose-, ein Feindiagnose- und ein Ratingsystem parallel geschaltet sind, wobei das Grobdiagnosesystem einen Schwellwertentscheider beinhaltet, der vorgebbare Schwellwerte für die einzelnen Merkmalsvektorkomponenten mit aktuellen Komponentenwerten vergleicht und die Diagnose durch automatische Auswertung der Stückliste des Prüflings erfolgt, wobei das Feindiagnosesystem einen auf Künstlicher Intelligenz (KI) basierten Klassifikator beinhaltet, der unüberwacht anhand der Grobdiagnoseergebnisse trainiert wird und der seine Diagnosefähigkeit durch überwachtes Lernen verfeinert, wobei das Ratingsystem einen KI-basierten Klassifikator beinhaltet, der durch überwachtes Training anhand von Mustern und der Ergebnisse der Grob- und Feindiagnose lernt, und wobei die Klassifikationsergebnisse der Grob- und Feindiagnose und des Ratings neben den zugehörigen Zeit- und Drehzahlsignalen den Merkmalsvektor und die Betriebsdaten archiviert und zum off-line-Training der Klassifikationssysteme genutzt werden können.Method for automatic fault identification and rating of rotating machines on a series test bench by evaluation of their emitted sound and processing of the sound signal by means of Fourier analysis or order analysis for determining the feature vector, wherein three evaluation systems, namely a rough diagnosis, a fine diagnosis and a rating system are connected in parallel, wherein the rough diagnosis system includes a threshold value comparator which compares predefinable threshold values for the individual feature vector components with current component values and the diagnosis by automatic evaluation of the pieces The candidate system includes an Artificial Intelligence (AI) based classifier that is trained unmonitored on the basis of the gross diagnostic results and that refines its diagnostic capability through supervised learning, the rating system including an AI based classifier based on supervised training learn the patterns and the results of coarse and fine diagnosis, and where the classification results of coarse and fine diagnosis and rating in addition to the associated time and speed signals, the feature vector and the operating data can be archived and used for off-line training of the classification systems. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Merkmalsvektor auch Betriebsdaten enthält.The method of claim 1, wherein the feature vector also contains operating data. Verfahren nach Anspruch 1 und Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als KI-basierter Klassifikator für die Feindiagnose und/oder zum Rating Neuronale Netze eingesetzt werden.A method according to claim 1 and claim 2, characterized characterized in that as an AI-based classifier for the fine diagnosis and / or rating Neural Networks. Verfahren nach Anspruch 1 und Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Ki-basierter Klassifikator für die Feindiagnose und/oder zum Rating Methoden des Fallbasierten Schließens eingesetzt werden.A method according to claim 1 and claim 2, characterized characterized in that as a Ki-based classifier for the fine diagnosis and / or rating methods of case-based closing. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, bei dem das Klassifikationssystem nur die Grobdiagnose und die Feindiagnose unterstützt.The method of claim 1 to 4, wherein the classification system only the rough diagnosis and the fine diagnosis supported. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, bei dem die Drehzahl konstant ist und anstelle der Ordnungsanalyse eine Fourier-Transformation verwendet wird.The method of claim 1 to 5, wherein the speed is constant and instead of order analysis a Fourier transform is used. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, bei dem nur das Zeitsignal, die Drehzahlsignale und Klassifikationsergebnisse archiviert werden,The method of claim 1 to 6, wherein only the Time signal that archives speed signals and classification results become, Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, bei dem nur der Merkmalsvektor und die Klassifikationsergebnisse archiviert werden.The method of claim 1 to 6, wherein only the Feature vector and the classification results are archived.
DE1998155745 1998-12-03 1998-12-03 Method for fault diagnosis and quality assessment (rating) of rotating machines on a series test bench Expired - Lifetime DE19855745B4 (en)

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