Research Article

AN EXPERIMENTAL EVALUATION OF INTELLIGENT FAULT DETECTION AND CLASSIFICATION FOR INDUCTION MOTORS UTILIZING MACHINE LEARNING APPROACHES

Volume: 29 Number: 2 August 31, 2021
TR EN

MAKİNE ÖĞRENMESİ YAKLAŞIMLARI İLE İNDÜKSİYON MOTORLARI İÇİN AKILLI HATA TESPİTİ VE SINIFLANDIRMADA DENEYSEL BİR DEĞERLENDİRME

Öz

Endüstri 4.0 kavramı tamamen dijital ve otonom üretimi hedefliyor. İmalat sistemlerinin düzgün çalışması için bakımlarının doğru yapılması gerekir. Ancak, gereksiz bakım, para ve zaman israfına neden olurken, gerekli bakımın atlanması da üretimde beklenmedik duruş sürelerine neden olabilir. Kestirimci bakım (PdM), arızaları erken aşamada tahmin ve teşhis etmenin yanında geleneksel bakım yaklaşımlarına kıyasla önemli maliyet tasarrufu sağlayabilecek gelecekteki ekipman arızaları için kalan faydalı ömrü belirlemeyi de amaçlamaktadır. Günümüz sensör ve veri toplama teknolojileri daha erişilebilir ve güvenilir hale geldi, bu, üreticilerin ekipmanlarını sürekli olarak izlemelerine, üretim sistemlerinde büyük hacimli veri toplamalarına ve depolamalarına yol açtı. Bu verileri makine öğrenimi (ML) algoritmalarıyla kullanmak ve ekipman arızalarının yapılarını analiz etmek, üretim kalitesini ve kapasitesini artırmaya yardımcı olabilecek üretimde bakıma ilişkin daha bilinçli kararlar alınmasını sağlayabilir. Çalışmamızda fabrikalarda farklı amaçlarla yaygın olarak kullanılan indüksiyon motorları (IM) ve arıza senaryoları hedeflenmiştir. Farklı çalışma koşulları altında iki benzer indüksiyon motorundan toplanan üç eksenli titreşim verileri incelenmiştir. Titreşim verilerinin çeşitli öznitelikleri çıkarılarak, ölçeklenmiş ve çalışma durumuna ilişkin bir durum bilgisi ile etiketlenmiştir. Elde edilen veri seti altı farklı ML algoritması ile analiz edilmekte ve performansları birbirleriyle karşılaştırılmaktadır. Bu çalışmada, umut verici deneysel sonuçlarımızı sunuyoruz ve deneysel olarak, indüksiyon motorlarında anormal çalışma koşullarının Kestirimci Bakım uygulaması için makine öğrenimi algoritmaları kullanılarak başarıyla tespit edilebileceğini gösteriyoruz.

Anahtar Kelimeler

Kestirimci bakım , Makine öğrenmesi , Titreşim analizi

References

  1. Ágostonak, K. (2015). Fault detection of the electrical motors based on vibration analysis. Procedia technology, 19, 547-553.
  2. Benbouzid, M. E. H. (2000). A review of induction motors signature analysis as a medium for faults detection. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 47(5), 984-993. doi:10.1109/41.873206
  3. Deng, W., Yao, R., Zhao, H., Yang, X., & Li, G. (2019). A novel intelligent diagnosis method using optimal LS-SVM with improved PSO algorithm. Soft Comput., 23(7), 2445–2462. doi:10.1007/s00500-017-2940-9
  4. Feng-qi, W., & Meng, G. (2006). Compound rub malfunctions feature extraction based on full-spectrum cascade analysis and SVM. Mechanical Systems and Signal Processing, 20, 2007-2021.
  5. Glowacz, A. (2019). Fault diagnosis of single-phase induction motor based on acoustic signals. Mechanical Systems and Signal Processing, 117, 65-80. doi:https://doi.org/10.1016/j.ymssp.2018.07.044
  6. Han, T., Jiang, D., Zhao, Q., Wang, L., & Yin, K. (2018). Comparison of random forest, artificial neural networks and support vector machine for intelligent diagnosis of rotating machinery. Transactions of the Institute of Measurement and Control, 40(8), 2681-2693. doi:10.1177/0142331217708242
  7. Jimenez, J. J. M., Schwartz, S., Vingerhoeds, R., Grabot, B., & Salaün, M. (2020). Towards multi-model approaches to predictive maintenance: A systematic literature survey on diagnostics and prognostics. Journal of Manufacturing Systems, 56, 539-557.
  8. Kumar, P., & Hati, A. S. (2020). Review on Machine Learning Algorithm Based Fault Detection in Induction Motors. Archives of Computational Methods in Engineering. doi:10.1007/s11831-020-09446-w
  9. Liu, Z., Guo, W., Hu, J., & Ma, W. (2017). A hybrid intelligent multi-fault detection method for rotating machinery based on RSGWPT, KPCA and Twin SVM. ISA Transactions, 66, 249-261. doi:https://doi.org/10.1016/j.isatra.2016.11.001
  10. Moosavian, A., Ahmadi, H., Sakhaei, B., & Labbafi, R. (2014). Support vector machine and K-nearest neighbour for unbalanced fault detection. Journal of Quality in Maintenance Engineering, 20(1), 65-75. doi:10.1108/JQME-04-2012-0016
APA
Kasap, M., Çinar, E., Yazici, A., & Özkan, K. (2021). AN EXPERIMENTAL EVALUATION OF INTELLIGENT FAULT DETECTION AND CLASSIFICATION FOR INDUCTION MOTORS UTILIZING MACHINE LEARNING APPROACHES. Eskişehir Osmangazi Üniversitesi Mühendislik Ve Mimarlık Fakültesi Dergisi, 29(2), 126-136. https://doi.org/10.31796/ogummf.853090
AMA
1.Kasap M, Çinar E, Yazici A, Özkan K. AN EXPERIMENTAL EVALUATION OF INTELLIGENT FAULT DETECTION AND CLASSIFICATION FOR INDUCTION MOTORS UTILIZING MACHINE LEARNING APPROACHES. Eskişehir Osmangazi Üniversitesi Mühendislik ve Mimarlık Fakültesi Dergisi. 2021;29(2):126-136. doi:10.31796/ogummf.853090
Chicago
Kasap, Mahmut, Eyüp Çinar, Ahmet Yazici, and Kemal Özkan. 2021. “AN EXPERIMENTAL EVALUATION OF INTELLIGENT FAULT DETECTION AND CLASSIFICATION FOR INDUCTION MOTORS UTILIZING MACHINE LEARNING APPROACHES”. Eskişehir Osmangazi Üniversitesi Mühendislik Ve Mimarlık Fakültesi Dergisi 29 (2): 126-36. https://doi.org/10.31796/ogummf.853090.
EndNote
Kasap M, Çinar E, Yazici A, Özkan K (August 1, 2021) AN EXPERIMENTAL EVALUATION OF INTELLIGENT FAULT DETECTION AND CLASSIFICATION FOR INDUCTION MOTORS UTILIZING MACHINE LEARNING APPROACHES. Eskişehir Osmangazi Üniversitesi Mühendislik ve Mimarlık Fakültesi Dergisi 29 2 126–136.
IEEE
[1]M. Kasap, E. Çinar, A. Yazici, and K. Özkan, “AN EXPERIMENTAL EVALUATION OF INTELLIGENT FAULT DETECTION AND CLASSIFICATION FOR INDUCTION MOTORS UTILIZING MACHINE LEARNING APPROACHES”, Eskişehir Osmangazi Üniversitesi Mühendislik ve Mimarlık Fakültesi Dergisi, vol. 29, no. 2, pp. 126–136, Aug. 2021, doi: 10.31796/ogummf.853090.
ISNAD
Kasap, Mahmut - Çinar, Eyüp - Yazici, Ahmet - Özkan, Kemal. “AN EXPERIMENTAL EVALUATION OF INTELLIGENT FAULT DETECTION AND CLASSIFICATION FOR INDUCTION MOTORS UTILIZING MACHINE LEARNING APPROACHES”. Eskişehir Osmangazi Üniversitesi Mühendislik ve Mimarlık Fakültesi Dergisi 29/2 (August 1, 2021): 126-136. https://doi.org/10.31796/ogummf.853090.
JAMA
1.Kasap M, Çinar E, Yazici A, Özkan K. AN EXPERIMENTAL EVALUATION OF INTELLIGENT FAULT DETECTION AND CLASSIFICATION FOR INDUCTION MOTORS UTILIZING MACHINE LEARNING APPROACHES. Eskişehir Osmangazi Üniversitesi Mühendislik ve Mimarlık Fakültesi Dergisi. 2021;29:126–136.
MLA
Kasap, Mahmut, et al. “AN EXPERIMENTAL EVALUATION OF INTELLIGENT FAULT DETECTION AND CLASSIFICATION FOR INDUCTION MOTORS UTILIZING MACHINE LEARNING APPROACHES”. Eskişehir Osmangazi Üniversitesi Mühendislik Ve Mimarlık Fakültesi Dergisi, vol. 29, no. 2, Aug. 2021, pp. 126-3, doi:10.31796/ogummf.853090.
Vancouver
1.Mahmut Kasap, Eyüp Çinar, Ahmet Yazici, Kemal Özkan. AN EXPERIMENTAL EVALUATION OF INTELLIGENT FAULT DETECTION AND CLASSIFICATION FOR INDUCTION MOTORS UTILIZING MACHINE LEARNING APPROACHES. Eskişehir Osmangazi Üniversitesi Mühendislik ve Mimarlık Fakültesi Dergisi. 2021 Aug. 1;29(2):126-3. doi:10.31796/ogummf.853090