Published July 5, 2016 | Version v1
Publication Open

Predicting Air Compressor Failures with Echo State Networks

  • 1. Halmstad University
  • 2. Universidade Federal de Santa Catarina

Description

Modern vehicles have increasing amounts of data streaming continuously on-board their controller area networks. These data are primarily used for controlling the vehicle and for feedback to the driver, but they can also be exploited to detect faults and predict failures. The traditional diagnostics paradigm, which relies heavily on human expert knowledge, scales poorly with the increasing amounts of data generated by highly digitised systems. The next generation of equipment monitoring and maintenance prediction solutions will therefore require a different approach, where systems can build up knowledge (semi-)autonomously and learn over the lifetime of the equipment. A key feature in such systems is the ability to capture and encode characteristics of signals, or groups of signals, on-board vehicles using different models. Methods that do this robustly and reliably can be used to describe and compare the operation of the vehicle to previous time periods or to other similar vehicles. In this paper two models for doing this, for a single signal, are presented and compared on a case of on-road failures caused by air compressor faults in city buses. One approach is based on histograms and the other is based on echo state networks. It is shown that both methods are sensitive to the expected changes in the signal's characteristics and workwell on simulated data. However, the histogram model, despite being simpler, handles the deviations in real data better than the echo state network.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تحتوي المركبات الحديثة على كميات متزايدة من البيانات التي تتدفق باستمرار على متن شبكات منطقة التحكم الخاصة بها. تُستخدم هذه البيانات في المقام الأول للتحكم في السيارة وللتغذية الراجعة للسائق، ولكن يمكن أيضًا استغلالها لاكتشاف الأعطال والتنبؤ بالأعطال. لا يتناسب نموذج التشخيص التقليدي، الذي يعتمد بشكل كبير على معرفة الخبراء البشريين، مع الكميات المتزايدة من البيانات التي تولدها الأنظمة الرقمية للغاية. لذلك سيتطلب الجيل التالي من حلول مراقبة المعدات والتنبؤ بالصيانة نهجًا مختلفًا، حيث يمكن للأنظمة بناء المعرفة (شبه)بشكل مستقل والتعلم على مدى عمر المعدات. الميزة الرئيسية في هذه الأنظمة هي القدرة على التقاط وترميز خصائص الإشارات، أو مجموعات الإشارات، على متن المركبات باستخدام نماذج مختلفة. يمكن استخدام الطرق التي تقوم بذلك بقوة وموثوقية لوصف ومقارنة تشغيل المركبة بالفترات الزمنية السابقة أو بالمركبات المماثلة الأخرى. في هذه الورقة، يتم تقديم نموذجين للقيام بذلك، لإشارة واحدة، ومقارنتهما في حالة الأعطال على الطريق الناجمة عن أعطال ضاغط الهواء في حافلات المدينة. يعتمد أحد النهجين على الرسوم البيانية والآخر على شبكات حالة الصدى. يتبين أن كلتا الطريقتين حساستان للتغيرات المتوقعة في خصائص الإشارة وتعملان بشكل جيد على بيانات المحاكاة. ومع ذلك، فإن نموذج المدرج التكراري، على الرغم من كونه أبسط، يتعامل مع الانحرافات في البيانات الحقيقية بشكل أفضل من شبكة حالة الصدى.

Translated Description (French)

Les véhicules modernes ont des quantités croissantes de flux de données en continu à bord de leurs réseaux de contrôleurs. Ces données sont principalement utilisées pour contrôler le véhicule et pour le retour d'information au conducteur, mais elles peuvent également être exploitées pour détecter les pannes et prédire les pannes. Le paradigme du diagnostic traditionnel, qui repose fortement sur les connaissances d'experts humains, évolue mal avec les quantités croissantes de données générées par des systèmes hautement numérisés. La prochaine génération de solutions de surveillance et de prévision de la maintenance des équipements nécessitera donc une approche différente, où les systèmes pourront acquérir des connaissances (semi-) de manière autonome et apprendre tout au long de la durée de vie de l'équipement. Une caractéristique clé de ces systèmes est la capacité de capturer et de coder les caractéristiques des signaux, ou des groupes de signaux, des véhicules embarqués à l'aide de différents modèles. Les méthodes qui le font de manière robuste et fiable peuvent être utilisées pour décrire et comparer le fonctionnement du véhicule à des périodes antérieures ou à d'autres véhicules similaires. Dans cet article, deux modèles pour ce faire, pour un seul signal, sont présentés et comparés sur un cas de défaillances sur route causées par des défauts de compresseur d'air dans les autobus urbains. Une approche est basée sur les histogrammes et l'autre est basée sur les réseaux d'états d'écho. Il est montré que les deux méthodes sont sensibles aux changements attendus dans les caractéristiques du signal et la puits de travail sur les données simulées. Cependant, le modèle d'histogramme, bien que plus simple, gère mieux les déviations dans les données réelles que le réseau d'état d'écho.

Translated Description (Spanish)

Los vehículos modernos tienen cantidades cada vez mayores de transmisión de datos continuamente a bordo de sus redes de área de controladores. Estos datos se utilizan principalmente para controlar el vehículo y para retroalimentar al conductor, pero también se pueden explotar para detectar fallos y predecir fallos. El paradigma de diagnóstico tradicional, que se basa en gran medida en el conocimiento de expertos humanos, se escala mal con la creciente cantidad de datos generados por sistemas altamente digitalizados. Por lo tanto, la próxima generación de soluciones de monitoreo y predicción de mantenimiento de equipos requerirá un enfoque diferente, donde los sistemas pueden acumular conocimiento de manera (semi)autónoma y aprender durante la vida útil del equipo. Una característica clave en tales sistemas es la capacidad de capturar y codificar características de señales, o grupos de señales, a bordo de vehículos utilizando diferentes modelos. Los métodos que hacen esto de manera robusta y confiable se pueden utilizar para describir y comparar el funcionamiento del vehículo con períodos de tiempo anteriores o con otros vehículos similares. En este documento se presentan dos modelos para hacer esto, para una sola señal, y se comparan en un caso de fallas en carretera causadas por fallas del compresor de aire en autobuses urbanos. Un enfoque se basa en histogramas y el otro se basa en redes de estado de eco. Se demuestra que ambos métodos son sensibles a los cambios esperados en las características de la señal y funcionan bien en datos simulados. Sin embargo, el modelo de histograma, a pesar de ser más simple, maneja las desviaciones en datos reales mejor que la red de estado de eco.

Files

620.pdf

Files (4.0 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:0b0a39a3cac734bbf50fd92b56a971e8
4.0 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
التنبؤ بأعطال ضاغط الهواء مع شبكات حالة الصدى
Translated title (French)
Prévision des pannes de compresseur d'air avec les réseaux d'état d'écho
Translated title (Spanish)
Predicción de fallas del compresor de aire con redes de estado de eco

Identifiers

Other
https://openalex.org/W2500146460
DOI
10.36001/phme.2016.v3i1.1658

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Brazil

References

  • https://openalex.org/W1998927233
  • https://openalex.org/W2035039281
  • https://openalex.org/W2041834949
  • https://openalex.org/W2069441514
  • https://openalex.org/W2071198194
  • https://openalex.org/W2118706537
  • https://openalex.org/W2125790506
  • https://openalex.org/W2127689730
  • https://openalex.org/W2135679794
  • https://openalex.org/W2139674086
  • https://openalex.org/W2167935488
  • https://openalex.org/W2169524978
  • https://openalex.org/W2249699048
  • https://openalex.org/W648613739
  • https://openalex.org/W96176178