Purpose: This paper introduces the technology of prognostics for Industry 4.0 and presents its application procedure for fitness-for-service assessment of natural gas pipelines according to ISO 13374 framework. Methods: Combining data-driven approach with pipe failure models, we present a hybrid scheme for the gas pipeline prognostics. The probability of pipe failure is obtained by using the PCORRC burst pressure model and First Order Second Moment (FOSM) method. A fuzzy inference system is also employed to accommodate uncertainty due to corrosion growth and defect occurrence. Results: With a modified field dataset, the probability of failure on the pipeline is calculated. Then, its residual useful life (RUL) is predicted according to ISO 16708 standard. As a result, the fitness-for-service of the test pipeline is well-confirmed. Conclusion: The framework described in ISO 13374 is applicable to the RUL prediction and the fitness-for-service assessment for gas pipelines. Therefore, the technology of prognostics is helpful for safe and efficient management of gas pipelines in Industry 4.0.
Shin, Ju Seong;Kim, Ju Hyun;Kim, Jong Geol;Jin, Maolin
Journal of Drive and Control
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v.16
no.3
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pp.33-41
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2019
This study presents the development of a lifetime test bench for the strain wave reducer which is a precision gear reducer of the robot to realize fault diagnosis and failure prognostics. To this end, the lifetime test bench was designed to detect the vertical forward/reverse direction rotation load. Through the lifetime test bench, it is possible to apply the same load spectrum from robot working scenarios. We developed a data integration gateway for fault data collection. Through the development of dedicated software for fault diagnosis and failure prognostics, these data from vibration, noise and temperature sensors were collected and analyzed along with the operation of the lifetime evaluation.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.35
no.7
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pp.799-804
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2011
A thermal cycling test was conducted on a chip resistor solder joint with real-time failure monitoring. In order to study the failure mechanism of the chip resistor solder joint during the test, the resistance between both ends of the resistor was monitored until the occurrence of failure. It was observed that the monitored resistance first fluctuated linearly according to the temperature change. The initial variation in the resistance occurred at the time during the cycle when there was a decrease in temperature. A more significant change in the resistance followed after a certain number of cycles, during the time when there was an increase in the temperature. In order to explain the failure patterns of the solder joint, a mechanism for the solder failure was suggested, and its validity was proved through FE simulations. Based on the explained failure mechanism, it was shown that prognostics for the solder failure can be implemented by monitoring the resistance change in a thermal cycle condition.
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.
Objective of this paper is to introduce a new technology known as prognostics and health management (PHM) which enables a real-time life prediction for safety critical systems under extreme loading conditions. In the PHM, Bayesian framework is employed to account for uncertainties and probabilities arising in the overall process including condition monitoring, fault severity estimation and failure predictions. Three applications - aircraft fuselage crack, gearbox spall and battery capacity degradation are taken to illustrate the approach, in which the life is predicted and validated by end-of-life results. The PHM technology may allow new maintenance strategy that achieves higher degree of safety while reducing the cost in effective manner.
Park, Jeong-Hyun;Seok, Jong-Hoon;Cheon, Kang-Min;Hur, Jang-Wook
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.19
no.11
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pp.94-101
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2020
In the age of industry 4.0, artificial intelligence is being widely used to realize machinery condition monitoring. Due to their excellent performance and the ability to handle large volumes of data, machine learning techniques have been applied to realize the fault diagnosis of different equipment. In this study, we performed the failure mode effect analysis (FMEA) of an aluminum electrolytic capacitor by using deep learning and big data. Several tests were performed to identify the main failure mode of the aluminum electrolytic capacitor, and it was noted that the capacitance reduced significantly over time due to overheating. To reflect the capacitance degradation behavior over time, we employed the Vanilla long short-term memory (LSTM) neural network architecture. The LSTM neural network has been demonstrated to achieve excellent long-term predictions. The prediction results and metrics of the LSTM and Vanilla LSTM models were examined and compared. The Vanilla LSTM outperformed the conventional LSTM in terms of the computational resources and time required to predict the capacitance degradation.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2014.10a
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pp.533-538
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2014
Power generator is one of the most important component of electricity generation system to convert mechanical energy to electrical energy. I t designed robustly to maintain high system reliability during operation time. But unexpected failure of the power generator could happen and it cause huge amount of economic and social loss. To keep it from unexpected failure, health prognostics should be carried out In this research, We developed a health prognostic method of stator windings in power generator with statistical data analysis and degradation modeling against water absorption. We divided whole 42 windings into two groups, absorption suspected group and normal group. We built a degradation model of absorption suspected winding using Fick's second law to predict upcoming absorption data. Through the analysis of data of normal group, we could figure out the distribution of data of normal windings. After that, we can properly predict absorption data of normal windings. With data prediction of two groups, we derived upcoming Directional Mahalanobis Distance (DMD) of absorption suspected winding and time vs DMD curve. Finally we drew the probability distribution of Remaining Useful Life of absorption suspected windings.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.20
no.12
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pp.85-91
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2021
In our daily life, artificial intelligence performs simple and complicated tasks like us, including operating mobile phones and working at homes and workplaces. Artificial intelligence is used in industrial technology for diagnosing various types of equipment using the machine learning technology. This study presents a fault mode effect analysis (FMEA) of start motors using machine learning and big data. Through multiple data collection, we observed that the primary failure of the start motor was caused by the melting of the magnetic switch inside the start motor causing it to fail. Long-short-term memory (LSTM) was used to diagnose the condition of the magnetic locations, and synthetic data were generated using the synthetic minority oversampling technique (SMOTE). This technique has the advantage of increasing the data accuracy. LSTM can also predict a start motor failure.
While industry understands the importance of keeping equipment operational and well maintained, the importance of tracking maintenance information in reliability models is often overlooked. Prognostic models can be used to predict the failure times of critical equipment, but more often than not, these models assume that all maintenance actions are the same or do not consider maintenance at all. This study investigates the influence of integrating maintenance information on prognostic model prediction accuracy. By incorporating maintenance information to develop maintenance-dependent prognostic models, prediction accuracy was improved by more than 40% compared with traditional maintenance-independent models. This study acts as a proof of concept, showing the importance of utilizing maintenance information in modern prognostics for industrial equipment.
Kim, Gibeom;Kim, Hyeonmin;Zio, Enrico;Heo, Gyunyoung
Nuclear Engineering and Technology
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v.50
no.8
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pp.1314-1323
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2018
For nuclear power plants (NPPs) to have long lifetimes, ageing is a major issue. Currently, ageing management for NPP systems is based on correlations built from generic experimental data. However, each system has its own characteristics, operational history, and environment. To account for this, it is possible to resort to prognostics that predicts the future state and time to failure (TTF) of the target system by updating the generic correlation with specific information of the target system. In this paper, we present an application of particle filtering for the prediction of degradation in steam generator tubes. With a case study, we also show how the prediction results vary depending on the uncertainty of the measurement data.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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