The Journal of Bigdata (한국빅데이터학회지)

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Outlier Detection and Labeling of Ship Main Engine using LSTM-AutoEncoder

LSTM-AutoEncoder를 활용한 선박 메인엔진의 이상 탐지 및 라벨링

  • 김도희 (부산대학교 산업공학과 산업데이터공학융합전공) ;
  • 한영재 (부산대학교 산업공학과 산업데이터공학융합전공) ;
  • 김혜미 (부산대학교 산업공학과 산업데이터공학융합전공) ;
  • 강성필 (랩오투원) ;
  • 김기훈 (부산대학교 산업공학과 산업데이터공학융합전공) ;
  • 배혜림 (부산대학교 산업공학과 산업데이터공학융합전공)
  • Received : 2022.05.09
  • Accepted : 2022.06.08
  • Published : 2022.06.30
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Abstract

The transportation industry is one of the important industries due to the geographical requirements surrounded by the sea on three sides of Korea and the problem of resource poverty, which relies on imports for most of its resource consumption. Among them, the proportion of the shipping industry is large enough to account for most of the transportation industry, and maintenance in the shipping industry is also important in improving the operational efficiency and reducing costs of ships. However, currently, inspections are conducted every certain period of time for maintenance of ships, resulting in time and cost, and the cause is not properly identified. Therefore, in this study, the proposed methodology, LSTM-AutoEncoder, is used to detect abnormalities that may cause ship failure by considering the time of actual ship operation data. In addition, clustering is performed through clustering, and the potential causes of ship main engine failure are identified by grouping outlier by factor. This enables faster monitoring of various information on the ship and identifies the degree of abnormality. In addition, the current ship's fault monitoring system will be equipped with a concrete alarm point setting and a fault diagnosis system, and it will be able to help find the maintenance time.

운송 산업은 우리나라의 3면이 바다로 둘러싸여 있는 지리적 요건과 자원 소비량의 대부분을 수입에 의존하는 자원 빈곤 문제로 인해 중요한 산업 중 하나이다. 그 중에서도 해운업의 비중은 운송 산업의 대부분을 차지할 정도로 크며, 해운업에서의 유지보수는 선박의 운영 효율성 개선 및 비용 감소에 있어서도 중요하다. 그러나 현재 선박이 유지보수를 위해 일정기간 주기로 검사가 시행되고, 이에 따라 시간과 비용이 발생하며 원인규명도 제대로 되지 않고 있다. 따라서 본 연구에서는 제안 방법론인 LSTM-AutoEncoder를 활용해 실제 선박 운항 데이터에 대해 시점을 고려하여 선박 고장의 원인이 될 수 있는 이상 탐지를 수행한다. 또한 클러스터링을 통해 군집화를 수행하고 이상치에 대해 요인별로 그룹화를 통해 선박 메인엔진 고장의 잠재 원인을 규명한다. 이는 선박의 다양한 정보에 대해 보다 빠르게 모니터링이 가능하고, 이상 정도를 식별할 수 있다. 또한 현재 선박의 고장 감시시스템에 있어서도 구체화된 경보 점 설정과 고장 진단 체계를 갖추고, 유지보수시점을 찾는 데 도움을 줄 수 있을 것이다.

Keywords

Acknowledgement

이 과제는 부산대학교 기본연구지원사업(2년)에 의하여 연구되었음

References

  1. 김동현, 이지환, 이상봉, & 정봉규. (2020). 앙상블 기법을 이용한 선박 메인엔진 빅데이터의 이상치 탐지. 수산해양기술연구, 56(4), 384-394. 
  2. Deris, S., Omatu, S., Ohta, H., Kutar, L. C. S., & Abd Samat, P. (1999). Ship maintenance scheduling by genetic algorithm and constraint-based reasoning. European Journal of Operational Research, 112(3), 489-502.  https://doi.org/10.1016/S0377-2217(97)00399-8
  3. Mak, L., Sullivan, M., Kuczora, A., & Millan, J. (2014, September). Ship performance monitoring and analysis to improve fuel efficiency. In 2014 Oceans-St. John's (pp. 1-10). IEEE. 
  4. Aldous, L., Smith, T., Bucknall, R., & Thompson, P. (2015). Uncertainty analysis in ship performance monitoring. Ocean Engineering, 110, 29-38.  https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2015.05.043
  5. Perera, L. P., & Mo, B. (2017). Marine engine-centered data analytics for ship performance monitoring. Journal of Offshore Mechanics and Arctic Engineering, 139(2). 
  6. Boullosa, D., Larrabe, J. L., Lopez, A., & Gomez, M. A. (2017). Monitoring through T2 Hotelling of cylinder lubrication process of marine diesel engine. Applied Thermal Engineering, 110, 32-38.  https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2016.08.062
  7. Bae, Y. M., Kim, M. J., Kim, K. J., Jun, C. H., Byeon, S. S., & Park, K. M. (2018). A case study on the establishment of upper control limit to detect vessel's main engine failures using multivariate control chart. Journal of the Society of Naval Architects of Korea, 55(6), 505-513.  https://doi.org/10.3744/SNAK.2018.55.6.505
  8. 김현재, 김동훈, 임채욱, 신용탁, 이상철, 최영진, & 우승범. (2021). 해양 이상 자료 탐지를 위한 오토인코더 활용 기법 최적화 연구. 한국해안.해양공학회논문집, 33(6), 265-274. 
  9. Nguyen, H. D., Tran, K. P., Thomassey, S., & Hamad, M. (2021). Forecasting and Anomaly Detection approaches using LSTM and LSTM Autoencoder techniques with the applications in supply chain management. International Journal of Information Management, 57, 102282. 
  10. Marutho, D., Handaka, S. H., & Wijaya, E. (2018, September). The determination of cluster number at k-mean using elbow method and purity evaluation on headline news. In 2018 international seminar on application for technology of information and communication (pp. 533-538). IEEE.