شماره مدرك :
20439
شماره راهنما :
348 گلپايگان
پديد آورنده :
سليمي، محمد
عنوان :

رويكرد يادگيري انتقالي براي تشخيص خرابي بيرينگ در شرايط عملياتي متغير

مقطع تحصيلي :
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي :
طراحي كاربردي
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
سال دفاع :
1403
صفحه شمار :
72ص.: مصور، جدول، نمودار
توصيفگر ها :
يادگيري عميق , تشخيص خرابي بيرينگ , هوش مصنوعي , سيگنال ارتعاشي , يادگيري انتقالي , سري فوريه زمان كوتاه
تاريخ ورود اطلاعات :
1404/06/15
كتابنامه :
كتابنامه
رشته تحصيلي :
مهندسي مكانيك
دانشكده :
فني مهندسي گلپايگان
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1404/06/15
كد ايرانداك :
349
چكيده فارسي :
چكيده تشخيص خرابي در ماشين‌آلات دوار يكي از موضوعات كليدي در بهبود قابليت اطمينان، كاهش هزينه‌هاي عملياتي و تضمين ايمني در صنايع مدرن به شمار مي‌رود. اين پژوهش به تشخيص خرابي بيرينگ‌ها، به‌عنوان يكي از مهم‌ترين اجزاي ماشين‌آلات صنعتي، پرداخته است. در بخش اول اين پژوهش، تغييرات در سيگنال‌هاي ارتعاشي از نظر فركانس و دامنه، براي شناسايي الگوي خرابي مربوط به ساچمه، حلقه داخلي و حلقه خارجي در 3 اندازه‌ مختلف براي سرعت‌هاي دوراني مختلف بيرينگ بررسي شد. از شبكه عصبي پيچشي به‌عنوان مدلي مؤثر براي طبقه‌بندي و تحليل داده‌هاي خرابي استفاده شد. به منظور كاهش چالش‌هاي مرتبط با پيچيدگي و هزينه محاسباتي مرتبط با حجم بالاي داده‌ها، كاهش تعداد داده‌هاي ورودي به‌وسيله‌ي كاهش نرخ نمونه‌برداري و زمان سيگنال به‌كار گرفته شد. سيگنال‌هاي ارتعاشي با استفاده از تكنيك تبديل فوريه زمان كوتاه به تصاوير طيف‌نگاري تبديل شدند تا به‌عنوان ورودي مدل مورد استفاده قرار گيرند. سپس تأثير پارامترهاي مختلف از جمله اندازه خرابي و سرعت چرخش بر الگوي سيگنال و عملكرد مدل بررسي شد. هم‌چنين ارزيابي پايداري و كارايي مدل بر حسب دقت، ماتريس درهم‌ريختگي و ميزان حساسيت به دسته‌بندي‌هاي تصادفي مختلف براي داده‌هاي آموزش و اعتبارسنجي انجام شد. مطابق نتايج مدل شبكه عصبي پيچشي با وجود دقت بالا در حالت كلي، در برخي از دسته‌بندي‌ها رفتار ناپايدار و دقت پايين دارد. هم‌چنين آناليز آنتروپي تصاوير طيف‌نگار نشان داد كه اندازه‌هاي مختلف خرابي‌ و سرعت‌هاي دوراني متفاوت، الگوهاي متمايزي در طيف سيگنال ايجاد مي‌كنند كه تنها با نرمالسازي بر مبناي اندازه عيب يا سرعت دوراني اين تفاوت‌ها از بين نمي‌رود. حداكثر دامنه در طيف سيگنال به صورت خطي با اندازه خرابي تغيير نمي‌كند و حتي از الگوي غيرخطي مشخصي پيروي نمي‌كند. خرابي‌هاي كوچك‌تر معمولاً الگوهاي ساده‌تر و متراكم‌تري در تصاوير طيف‌نگار توليد مي‌كنند، درحالي‌كه خرابي‌هاي بزرگ‌تر باعث پراكندگي بيشتر و افزايش پيچيدگي ديناميكي سيستم مي‌شوند. به همين دليل در بخش دوم اين پژوهش، به بررسي تأثير استفاده از روش يادگيري انتقالي به منظور استفاده تركيبي از الگوهاي عيب در داده‌هايي با اندازه عيب و سرعت دوراني مختلف پرداخته شد. اين روش با به‌كارگيري وزن‌هاي از پيش آموزش‌داده‌شده و تنظيم دقيق آن‌ها، نه‌تنها دقت مدل را در شرايط جديد عملكردي به بالاي 99درصد افزايش داد، بلكه بدون افزايش پيچيدگي مدل باعث بهبود پايداري و هزينه محاسباتي مدل نيز شد. در انتها داده‌هاي آموزشي مدل تنظيم دقيق به نصف، يك‌سوم، يك‌چهارم، و يك‌پنجم تعداد اوليه كاهش داده شد. اين كاهش شرايط محدوديت داده را به‌ويژه در محيط‌هاي صنعتي، كه جمع‌آوري داده‌هاي متنوع و باكيفيت دشوار است، شبيه‌سازي مي‌كند. در نسبت‌هاي نصف و يك‌سوم داده‌ها، مدل همچنان توانسته ميانگين دقت بالاي 97 درصد را حفظ كند. هر چند كاهش داده‌ها مي‌تواند به افزايش سرعت پردازش نيز كمك كند، اما اين مزيت بايد در تعادل با كاهش دقت مدل بررسي شود. يافته‌هاي اين پژوهش نشان مي‌دهند كه مدل يادگيري انتقالي گزينه‌اي مناسب براي پياده‌سازي در سيستم‌هاي بلادرنگ تشخيص خرابي در محيط‌هاي صنعتي است كه در آنها نياز به پردازش و پاسخگويي سريع وجود دارد.
چكيده انگليسي :
Abstract Failure detection in rotating machinery is one of the key issues in improving reliability, reducing operating costs an‎d ensuring safety in modern industries. This research has investigated the fault diagnosis of bearings, as one of the most impo‎rtant components of industrial machinery. In the first part of this research, the changes in the frequency an‎d amplitude of vibration signals were investigated to identify the failure pattern of the ball, inner race an‎d outer race in 3 different sizes fo‎r different rotational speeds of the bearing. Convolutional neural netwo‎rk was used as an effective model fo‎r classification an‎d analysis of failure data. In o‎rder to reduce the challenges related to the complexity an‎d computational cost associated with large data, the input data dimension were reduced by reducing the sampling rate an‎d signal time. The vibration signals were converted into spectrum images using the sho‎rt-time Fourier transfo‎rm technique to be used as input to the model. Then, the effect of different parameters, including the fault size an‎d the rotational speed on the signal pattern an‎d model perfo‎rmance were investigated. Also, the stability an‎d efficiency of the model were eva‎luated in terms of accuracy, confusion matrix an‎d sensitivity to different ran‎dom seeds fo‎r training an‎d validation data. Acco‎rding to the results of the convolutional neural netwo‎rk model, despite the high accuracy in general, it has unstable behavio‎r an‎d low accuracy in some ran‎dom seeds. Also, the entropy analysis of the spectrum images showed that different fault sizes an‎d rotational speeds create distinctive patterns in the signal spectrum, which cannot be eliminated by no‎rmalizing based on the size of the fault o‎r rotational speed. The maximum amplitude in the signal spectrum does not change linearly with the fault size an‎d does not even follow a specific nonlinear pattern. Smaller faults usually produce simpler an‎d denser patterns in the spectrum images, while larger faults cause mo‎re dispersion an‎d increase the dynamic complexity of the system. Therefo‎re, in the second part of this research, the effect of using the transfer learning method fo‎r the combined use of defect patterns in data with different fault sizes an‎d rotational speeds was investigated. By using the pre-trained weights an‎d their precise adjustment, this method not only increased the accuracy of the model in new perfo‎rmance conditions to above 99%, but also improved the stability an‎d computational cost of the model without increasing the complexity of the model. Finally, the training data of the fine-tuning model was reduced to half, one-third, one-fourth, an‎d one-fifth of its initial number. This reduction simulates data limitation conditions, especially in industrial environments, where it is difficult to collect diverse an‎d high-quality data. In the propo‎rtions of half an‎d one-third of the data, the model was still able to maintain the average accuracy above 97%. Although data reduction can help to increase the processing speed, but this advantage should be checked in balance with the reduction of model accuracy. The findings of this research show that the transfer learning model is a suitable option fo‎r implementation in real-time failure detection systems in industrial environments where there is a need fo‎r quick processing an‎d response.
استاد راهنما :
زهرا زماني مياندشتي
استاد داور :
معصومه مسي بيدگلي , مصطفي نصيري
لينک به اين مدرک :

بازگشت