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Healthmon: um novo sistema para prover manutenção preventiva de máquinas através da identificação de evoluções de falhas em conjunto de séries temporais

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Autor Lima, Miromar José de;
Lattes do autor http://lattes.cnpq.br/5171015208285236;
Orientador Righi, Rodrigo da Rosa;
Lattes do orientador http://lattes.cnpq.br/2332604239081900;
Co-orientador Crovato, César David Paredes;
Lattes do co-orientador http://lattes.cnpq.br/5358345733596307;
Instituição Universidade do Vale do Rio dos Sinos;
Sigla da instituição Unisinos;
País da instituição Brasil;
Instituto/Departamento Escola Politécnica;
Idioma pt_BR;
Título Healthmon: um novo sistema para prover manutenção preventiva de máquinas através da identificação de evoluções de falhas em conjunto de séries temporais;
Resumo No contexto da Indústria 4.0, monitorar a degradação de máquinas para antecipar possíveis falhas representa um desafio significativo. Essa tarefa é especialmente importante quando os custos impostos pela manutenção e pela parada nos processos produtivos são altos. Atualmente, muitas técnicas de manutenção preventiva empregam algoritmos de aprendizado de máquina supervisionados ou não supervisionados. No entanto, a definição de quais variáveis devem ser processadas por esses algoritmos não é uma tarefa simples, sendo crucial para o sucesso da técnica proposta. Dada essa perspectiva, consideramos se algoritmos não supervisionados combinados com a decomposição de séries temporais podem contribuir para melhorar a saúde das máquinas de monitoramento. Neste trabalho, propomos o HealthMon, que se trata de uma nova abordagem, cuja função é calcular um índice de integridade de máquinas com base em medições de sensores. O HealthMon extrai séries temporais desses sensores, que são decompostos de uma maneira nova e sem supervisão, além de serem usados a fim de calcular o índice de integridade dessa máquina. Esse índice de integridade está relacionado à degradação da máquina considerada, sendo útil, portanto, para otimizar o cronograma de manutenção da máquina. O presente trabalho avança o estado da arte nos seguintes quesitos: (i) propõe um índice global de saúde, que oferece uma visão mais direta e intuitiva da degradação da máquina; (ii) elabora uma abordagem capaz de estimar o índice de integridade de uma máquina, enquanto apenas o conhecimento básico sobre o funcionamento (interno) da máquina é necessário; (iii) oferece uma extensa gama de aplicabilidade, já que é escalável a ponto de poder ser utilizado em qualquer tipo de máquina vibratória ou rotativa. O nosso método foi avaliado mediante extensas simulações em um motor de indução. Os resultados mostraram que a degradação pode ser efetivamente detectada sob várias cargas de trabalho de entrada. Ademais, cabe salientar que o HealthMon foi avaliado por meio do uso de dados reais. Nesse caso, é interessante frisar que, em ambas as avaliações, verificamos que os resultados obtidos foram promissores de modo a confirmar nossa hipótese.;
Abstract In the context of Industry 4.0, monitoring machine degradation to anticipate possible failures represents a significant challenge. That task is especially important when the costs imposed by maintenance and stopping production processes are high. Nowadays, many preventive maintenance techniques employ supervised or unsupervised machine learning algorithms. However, the definition of which variables should be processed by those algorithms is not a simple task, being crucial for the success of the proposed technique. Given this perspective, we consider whether unsupervised algorithms combined with the decomposition of time series can contribute to improve the health of monitoring machines. In this research, we propose HealthMon, which is a new approach, whose function is to calculate a machine integrity index based on sensor measurements. HealthMon extracts time series from those sensors, which are decomposed in a new and unsupervised way, in addition to being used to calculate the integrity index of that machine. That integrity index is related to the degradation of the machine considered, being useful, therefore, to optimize the maintenance schedule of the machine. This research advances the state of art in the following points: (i) proposes a global index of health, which offers a more direct and intuitive view of machine degradation; (ii) elaborates an approach capable of estimating the integrity index of a machine, while only basic knowledge about the (internal) operation of the machine is necessary; (iii) offers an extensive range of applicability, since it is scalable so that it can be used in any type of vibrating or rotating machine. Our method was evaluated through extensive simulations on an induction motor. The results have shown that the degradation can be effectively detected under various input workloads. Besides, it is worth noting that HealthMon was evaluated through the usage of real data. In this regard, it’s interesting to highlight that, in both evaluations, we found that the results obtained were promising with regard to our hypothesis.;
Palavras-chave Manutenção preventiva; Monitoramento; Conjunto de séries temporais; Aprendizado de máquina; Indústria 4.0; Preventive maintenance; Monitoring; Set of time series; Machine learning; Industry 4.0;
Área(s) do conhecimento ACCNPQ::Ciências Exatas e da Terra::Ciência da Computação;
Tipo Dissertação;
Data de defesa 2020-07-23;
Agência de fomento HT Micron;
Direitos de acesso openAccess;
URI http://www.repositorio.jesuita.org.br/handle/UNISINOS/9356;
Programa Programa de Pós-Graduação em Computação Aplicada;


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