For the implementation of a smart factory, it is necessary to collect data by connecting various sensors and devices in the manufacturing environment and to diagnose or predict failures in production facilities through data analysis. In this paper, to predict the residual useful lifetime of milling insert used for machining products in CNC machine, weight k-NN algorithm, Decision Tree, SVR, XGBoost, Random forest, 1D-CNN, and frequency spectrum based on vibration signal are investigated. As the results of the paper, the frequency spectrum does not provide a reliable criterion for an accurate prediction of the residual useful lifetime of an insert. And the weighted k-nearest neighbor algorithm performed best with an MAE of 0.0013, MSE of 0.004, and RMSE of 0.0192. This is an error of 0.001 seconds of the remaining useful lifetime of the insert predicted by the weighted-nearest neighbor algorithm, and it is considered to be a level that can be applied to actual industrial sites.
Kim, Jung-Tae;Seo, Yang-Woo;Lee, Seung-Sang;Kim, So-Jung;Kim, Yong-Geun
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.22
no.4
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pp.611-620
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2021
The maintenance industry is mainly progressing based on condition-based maintenance after corrective maintenance and preventive maintenance. In condition-based maintenance, maintenance is performed at the optimum time based on the condition of equipment. In order to find the optimal maintenance point, it is important to accurately understand the condition of the equipment, especially the remaining useful life. Thus, using simulation data (C-MAPSS), a prediction model is proposed to predict the remaining useful life of a turbofan engine. For the modeling process, a C-MAPSS dataset was preprocessed, transformed, and predicted. Data pre-processing was performed through piecewise RUL, moving average filters, and standardization. The remaining useful life was predicted using principal component analysis and the k-NN method. In order to derive the optimal performance, the number of principal components and the number of neighbor data for the k-NN method were determined through 5-fold cross validation. The validity of the prediction results was analyzed through a scoring function while considering the usefulness of prior prediction and the incompatibility of post prediction. In addition, the usefulness of the RUL prediction model was proven through comparison with the prediction performance of other neural network-based algorithms.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.19
no.12
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pp.21-27
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2020
Lithium-ion batteries are the heart of energy-storing devices and electric vehicles. Owing to their superior qualities, such as high capacity and energy efficiency, they have become quite popular, resulting in an increased demand for failure/damage prevention and useable life maximization. To prevent failure in Lithium-ion batteries, improve their reliability, and ensure productivity, prognosticative measures such as condition monitoring through sensors, condition assessment for failure detection, and remaining useful life prediction through data-driven prognostics and health management approaches have become important topics for research. In this study, the residual useful life of Lithium-ion batteries was predicted using two efficient artificial recurrent neural networks-ong short-term memory (LSTM) and gated recurrent unit (GRU). The proposed approaches were compared for prognostics accuracy and cost-efficiency. It was determined that LSTM showed slightly higher accuracy, whereas GRUs have a computational advantage.
Journal of Korean Society of Industrial and Systems Engineering
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v.45
no.3
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pp.18-30
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2022
Predicting remaining useful life (RUL) becomes significant to implement prognostics and health management of industrial systems. The relevant studies have contributed to creating RUL prediction models and validating their acceptable performance; however, they are confined to drive reasonable preventive maintenance strategies derived from and connected with such predictive models. This paper proposes a data-driven preventive maintenance method that predicts RUL of industrial systems and determines the optimal replacement time intervals to lead to cost minimization in preventive maintenance. The proposed method comprises: (1) generating RUL prediction models through learning historical process data by using machine learning techniques including random forest and extreme gradient boosting, and (2) applying the system failure time derived from the RUL prediction models to the Weibull distribution-based minimum-repair block replacement model for finding the cost-optimal block replacement time. The paper includes a case study to demonstrate the feasibility of the proposed method using an open dataset, wherein sensor data are generated and recorded from turbofan engine systems.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.25
no.4
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pp.251-260
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2020
A growing interest has emerged in recycling used automobile batteries into energy storage systems (ESSs) to prevent their harmful effects to the environment from improper disposal and to recycle such resources. To transform used batteries into ESSs, composing battery modules with similar performance by grading them is crucial. Imbalance among battery modules degrades the performance of an entire system. Thus, the selection of modules with similar performance and remaining life is the first prerequisite in the reuse of used batteries. In this study, we develop an instrument to measure the impedance spectrum of a battery module to predict the useful remaining life of the used battery. The developed hardware and software are used to apply the AC perturbation to the used battery module and measure its impedance spectrum. The developed instrument can measure the impedance spectrum of the battery module from 0.1 Hz to 1 kHz and calculate the equivalent circuit parameters through curve fitting. The performance of the developed instrument is verified by comparing the measured impedance spectra with those obtained by a commercial equipment.
Journal of Korean Society of Industrial and Systems Engineering
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v.44
no.4
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pp.1-11
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2021
Recently, the importance of preventive maintenance has been emerging since failures in a complex system are automatically detected due to the development of artificial intelligence techniques and sensor technology. Therefore, prognostic and health management (PHM) is being actively studied, and prediction of the remaining useful life (RUL) of the system is being one of the most important tasks. A lot of researches has been conducted to predict the RUL. Deep learning models have been developed to improve prediction performance, but studies on identifying the importance of features are not carried out. It is very meaningful to extract and interpret features that affect failures while improving the predictive accuracy of RUL is important. In this paper, a total of six popular deep learning models were employed to predict the RUL, and identified important variables for each model through SHAP (Shapley Additive explanations) that one of the explainable artificial intelligence (XAI). Moreover, the fluctuations and trends of prediction performance according to the number of variables were identified. This paper can suggest the possibility of explainability of various deep learning models, and the application of XAI can be demonstrated. Also, through this proposed method, it is expected that the possibility of utilizing SHAP as a feature selection method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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