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Enregistrement W7025194642

Unsupervised Methods for Condition-Based Maintenance in Non-Stationary Operating Conditions

2022· dissertation· en· W7025194642 sur OpenAlexaboutno aff

Notice bibliographique

RevueUWSpace (University of Waterloo) · 2022
Typedissertation
Langueen
DomaineEngineering
ThématiqueMachine Fault Diagnosis Techniques
Établissements canadiensnon disponible
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésUnavailabilityCluster analysisCondition monitoringCondition-based maintenanceSet (abstract data type)Key (lock)Fault detection and isolationFault (geology)Predictive maintenance
DOInon disponible

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Maintenance and operation of modern dynamic engineering systems requires the use of robust maintenance strategies that are reliable under uncertainty. One such strategy is condition-based maintenance (CBM), in which maintenance actions are determined based on the current health of the system. The CBM framework integrates fault detection and forecasting in the form of degradation modeling to provide real-time reliability, as well as valuable insight towards the future health of the system. Coupled with a modern information platform such as Internet-of-Things (IoT), CBM can deliver these critical functionalities at scale. \n \nThe increasingly complex design and operation of engineering systems has introduced novel problems to CBM. Characteristics of these systems - such as the unavailability of historical data, or highly dynamic operating behaviour - has rendered many existing solutions infeasible. These problems have motivated the development of new and self-sufficient - or in other words - unsupervised CBM solutions. The issue, however, is that many of the necessary methods required by such frameworks have yet to be proposed within the literature. Key gaps pertaining to the lack of suitable unsupervised approaches for the pre-processing of non-stationary vibration signals, parameter estimation for fault detection, and degradation threshold estimation, need to be addressed in order to achieve an effective implementation. \n \nThe main objective of this thesis is to propose set of three novel approaches to address each of the aforementioned knowledge gaps. A non-parametric pre-processing and spectral analysis approach, termed spectral mean shift clustering (S-MSC) - which applies mean shift clustering (MSC) to the short time Fourier transform (STFT) power spectrum \nfor simultaneous de-noising and extraction of time-varying harmonic components - is proposed for the autonomous analysis of non-stationary vibration signals. A second pre-processing approach, termed Gaussian mixture model operating state decomposition (GMM-OSD) - which uses GMMs to cluster multi-modal vibration signals by their respective, unknown operating states - is proposed to address multi-modal non-stationarity. Applied in conjunction with S-MSC, these two approaches form a robust and unsupervised pre-processing framework tailored to the types of signals found in modern engineering systems. The final approach proposed in this thesis is a degradation detection and fault prediction framework, termed the Bayesian one class support vector machine (B-OCSVM), which tackles the key knowledge gaps pertaining to unsupervised parameter and degradation threshold estimation by re-framing the traditional fault detection and degradation modeling problem as a degradation detection and fault prediction problem. \n \nValidation of the three aforementioned approaches is performed across a wide range of machinery vibration data sets and applications, including data obtained from two full-scale field pilots located at Toronto Pearson International Airport. The first of which is located on the gearbox of the LINK Automated People Mover (APM) train at Toronto Pearson International Airport; and, the second which is located on a subset of passenger boarding tunnel pre-conditioned air units (PCA) in Terminal 1 of Pearson airport. Results from validation found that the proposed pre-processing approaches and combined pre-processing framework provides a robust and computationally efficient and robust methodology for the analysis of non-stationary vibration signals in unsupervised CBM. Validation of the B-OCSVM framework showed that the proposed parameter estimation approaches enables the earlier detection of the degradation process compared to existing approaches, and the proposed degradation threshold provides a reasonable estimate of the fault manifestation point. Holistically, the approaches proposed in thesis provide a crucial step forward towards the effective implementation of unsupervised CBM in complex, modern engineering systems.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,001
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,004
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: aucune
GenreSignal candidat: Méthodes · Signal consensuel: Méthodes
Score de désaccord entre enseignants0,002
Score d'incertitude au seuil0,007

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0010,004
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0010,001
Études des sciences et des technologies0,0000,001
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0020,001
Intégrité de la recherche0,0010,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0020,001

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,009
Tête enseignante GPT0,292
Écart entre enseignants0,283 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreMéthodes

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations0
Publié2022
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Résumé présentoui

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