Parallel-connected convolutional neural network with minority and majority feature extraction for the estimation of the remaining useful life of turbofans

The prediction of remaining useful life (RUL) plays a crucial role in assessing the condition of a machine before it completely fails, ensuring performance by the execution of preventive maintenance beforehand. Recently, various deep learning models have been frequently used for RUL estimation, and they have shown good performance. However, these deep learning models face several challenges such as inefficiency owing to the selection of complex preprocessing methods, overfitting owing to model complexity, and other unresolved issues. Therefore, this study proposes a new deep-learning-based approach to address these issues by constructing a novel structure that includes a simple preprocessing step, minority feature extraction module, and majority feature extraction module. First, it explains the relatively simple preprocessing and assumptions regarding the target data of an undefined training set. Second, we describe the design of a convolution-based model using minority and majority feature extraction modules created through 2D convolutional layers. This model can learn the relationships between minority and majority sensors over time. By connecting the modules in parallel, it aggregates various types of information using multiple features from a single dataset. Finally, we present various experiments on the proposed algorithm and compare it with the latest existing methods using the NASA C-MAPSS dataset.TRUEkcikci_cand

Dynamic power contorl system for DC electric arc furnace using arc state estimative index

Master본 논문은 새로운 아크 안정 평가 지수를 이용한 전기로의 다이나믹 투입 전력 제어 시스템을 제안한다. 아크 안정 평가 지수는 전기로부터 측정된 전압과 전류를 이용해 계산한다. 전압, 전류의 순시값과 평균값, 분산값, 그리고 전압, 전류의 기준값으로부터 아크 전압의 안정 평가 지수와 아크 전류의 안정 평가 지수를 계산한 후, 이 안정 평가 지수들을 균형 계수를 이용하여 곱한다. 그리고 전극봉과 유압구동기의 늦은 응답을 보상하기 위해 가중치를 이용하여 최종 아크 안정 평가 지수를 계산한다. 아크 안정 평가 지수를 이용하여 다이나믹 투입 전력 제어 전략을 수립하였다. 아크 안정 평가 지수를 이용하여 안정한 상태와 불안정한 상태를 구분하고, 이를 기반으로 투입 전력을 높이거나 낮춘다. 이 제안한 지수는 안정도와 반비례하므로 지수가 작을 수록 아크 상태는 안정함을 나타낸다. 연속으로 세 지수가 안정 문턱값보다 작을 경우 아크가 안정하다고 판단, 투입 전압을 높이고 전류는 유지하여 투입 전력을 높이고 최대 투입 전력 조업을 한다. 반대로 연속되는 네 지수 중에서 세 지수 이상이 불안정 문턱값보다 클 경우 아크가 불안정한 상태라고 판단, 투입 전압을 낮추어 투입 전력을 낮추고 안정된 조업을 한다. 제안한 알고리즘을 적용한 결과, 전력 투입 속도와 용해 속도가 각각 8.78 % 와 7.59 % 증가하고 이에 따라 POT를 7.06 % 줄이는 성과를 확인하였다. 우리는 제안한 알고리즘을 통해 아크 안정 상태에 따라 투입 전력을 증가시키거나 감소시키므로써 기존의 조업보다 POT를 단축하여 생산성을 높이고 더욱 안정된 조업을 하게 한다.This paper proposes a dynamic power control system using an arc state estimative index to control the electrical power supply to DC furnaces. The arc state estimative index is calculated from the measured instantaneous values of electrode arc voltages and currents, and several factors such as voltage and current fluctuations, proportion of present voltage and current to set voltage and current, and changes in average value of voltage and current. As a result, the total power supply in a given time was increased, so the time for process was decreased. Therefore, dynamic power control system using the arc state estimative index contributes to reduce power-on time in DC furnaces

Transformer-based State of Charge Estimation Study for Lithium-ion Batteries considering Various Ambient Temperature

In this paper, we propose a transformer-baseddeep learning network that accurately estimates thestate of charge (SOC) of a lithium-ion battery for arange of ambient temperature conditions.Theinternal chemical characteristics of lithium-ionbatteries change as the temperature changes.Therefore, existing studies are limited to accuratelyestimating SOC only for trained temperatureconditions.To overcome this limitation, we proposea neural network that accurately estimates SOC atvarious temperatures, even for untrainedtemperatures.The experimental validation of theproposed method at various temperatures shows thatthe maximum error is 2.5% and theroot-mean-square error is 0.9195%, indicating thatthe SOC is well estimated.We also performvalidation at sub-zero temperatures, where thecharacteristics of the battery change significantly,proving that the proposed method is practical for awide temperature range

Sliding mode observer를 이용한 타이어 횡력과 코너링 강성 추정

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Text spotting algorithms based on deep learning in industry

Doctor본 논문은 텍스트 spotting 알고리즘들에 관한 것이다. 텍스트 spotting 이란 텍스트 탐지 (detection)와 인식 (recognition)을 합친 것을 의미한다. 컴퓨터 비전 분야에서 텍스트 spotting은 영상의 이해을 위해 필수적인 것 중 하나이다. 요즘 컴퓨터 비전 분야에서 딥러닝이 큰 성공을 이루고 있다. 그래서 딥러닝을 활용한 텍스트 spotting 알고리즘들이 많이 연구되어 왔다. 한편, 산업 분야에서 공장자동화을위해서는 제품을 식별하여야 한다. 이를 통해 서 제품의 실시간 추적을 통해서 효율적인 제품 관리와 생산을 할 수 있다. 이러한 제품 식별을 위해서 제품은 고유의 제품번호를 가진다. 철강 산업에서도 공장 자동화를 위한 제품 번호 인식이 매우 중요하다. 빌렛과 같은 반제품은 최종 제품을 위한 공정 전에 식별되어야 한다. 겉보기에는 비슷하게 생겼지만 고객의 요구에 따라 다른 성분을 가지기 때문에 섞이게 된다면 큰 손실이 발생하게 된다. 빌렛은 단면이 사각형인 긴 바 형태의 철강 반제품이다. 그리고 그 단면에 빌렛 식별 번호가 적혀 있다. 그래서 빌렛은 컨베이어 벨트로 옮겨져서 다음 공정으로 전달되는데, 그 때 빌렛의 단면 영상은 획득된다. 이를 식별하여 원하는 빌렛이 전달되는지를 확인한다. 영상에서의 빌렛 식별 번호는 다양한 방향으로 회전되고 긁힘이나 번짐 등이 발생할 수 있다. 그리고 빌렛 식별 번호는 페인트형과 스티커형으로 나뉜다. 그 중에서 스티커형 빌렛 식별 번호는 발생빈도가 적어서 데이터량이 적다. 그래서, 본 논문에서 빌렛 식별 번호 인식을 위한 딥러닝을 활용한 2 가지 텍스트 spotting 알고리즘들을 제안하였다. 첫번째 알고리즘은 회전하지 않은 빌렛 식별 번호를 학습한 네트워크를 활용한다. 그리고 이를 활용하여 빌렛 식별 번호를 인식하기 위해서 interpretation과 sticker extraction 모듈을 설계하였다. 후보가 될 수 있는 4가지 방향으로 영상을 페인트형 회전되지 않은 빌렛 식별 번호를 학습한 네트워크의 입력으로 한다. 그 출력들로부터 나온 인식 결과와 인식 점수를 가지고 최종 빌렛 식별번호가 추정된다. 또한 부족한 스티커형 빌렛 식별번호를 학습하기 위해서 유사 스티커를 만들어서 data augmentation을 했다. 마지막으로 네트워크 구조의 최적화와 transfer learning을 적용하였다. 8일 동안 실제 현장에 적용 했을 때 99.58848 %의 정확도를 보였다. 하지만 첫번째 알고리즘은 계산량이 무겁고 파라미터 설계에 따라 다른 성능이 나올 수 있다. 그래서 두번째 알고리즘으로 하나로 통합된 뉴럴 네트워크를 제안하였다. 빌렛 식별 번호에서 각 문자마다 종류와 순서는 빌렛이 회전하여도 변하지 않고 이 2가지 정보로부터 빌렛 식별 번호를 추정할 수 있다. 이것은 기반으로 하나의 영상으로부터 2가지 출력을 가지는 네트워크를 제안하였다. 하나는 각 문자의 종류에 관한 것이고, 다른 하나는 각 문자의 빌렛 식별번호에서의 순서 또는 위치에 관한 것이다. 이 네트워크는 깊이나, fusion, dropout, group normalization에 대해서 최적화 되었다. 그 결과로 페인트형, 스티커형 빌렛 식별 번호에 대해서 각각 99.372 %, 99,793 % 로 첫번째 알고리즘 98.991 %, 98.551 % 보다 좋은 인식률을 보였다.In this thesis, deep learning-based text spotting algorithms are studied to identify product identification number which is rotated with various angles. To demonstrate the validity of two text spotting algorithms, a billet identification number (BIN) data set is used. The BIN is a product number that is given to discriminate against the wanted product from the others because of similar shapes of billets. Before final or next process, BIN should be checked to prevent mixing billets of different material. There are two types of BINs such as paint type and sticker type. In addition, the BIN comprises seven to nine alphanumeric characters except the letters I and O. The BIN may be rotated with various angles. The first algorithm used a deep learning network that was trained with non-rotated product numbers. The network is fed with candidate images including a non-rotated product number. And then, the output with the largest score results as the estimated product number. Specifically, interpretation and sticker extraction modules are developed. Furthermore, the fully convolutional network (FCN) with deconvolution layer is used and optimized. To increase the BIN recognition accuracy, the FCN was simulated for various structures and was transferred from the pre-trained model. The BIN is identified by the trained FCN model and interpretation module. If the BIN is sticker-type, it is inferred after the sticker region is extracted by the sticker extraction module. The accuracy of the proposed system was shown to be approximately 99.59 % in an eight-day period. While the first algorithm used a deep neural network as a component, the second algorithm was focused on a deep neural network. A product number is determined not only by the classes of individual characters but also by their order. Furthermore, the classes and order of individual characters are invariable even when the product number is rotated. Inspired by this concept, a novel deep neural network framework was proposed. The proposed network had two outputs. One is for the classes of individual characters, and the other is for the order of individual characters (or positioning within the product number). As compared with the first algorithm, the proposed network requires one more annotation but does not require additional labor for labeling. The multi-task for two annotations plays a positive role in the representation learning of a network. It is shown in the experimental result. Furthermore, to achieve good performance of the BIN identification, we analyzed various networks of the proposed framework. And then the second algorithm was compared with the first algorithm to evaluate the performance of the BIN identification

Billet Number Recognition Algorithm using Deep Learning

In the steel industry, billet numbers are typically identified before the rolling process because of customers’ different requirements. To identify the billet number, computer vision systems are widely used, because the billet number is marked on the front of the billet by a specialized marking machine at a high temperature. Conventional algorithms, such as rule-based and machine-learning-based algorithms, require features of objects. The features are designed by the user, and they significantly influence the accuracy of the algorithm. To address this problem, deep learning methods have recently been researched. In image processing, the convolutional neural network (CNN) is widely used among the deep learning methods. We propose an end-to-end algorithm using CNN to detect and recognize the billet numbers used in the steel industry. The proposed algorithm consists of four convolutional layers, three pooling layers, two fully connected layers, and a softmax layer. The output of the CNN model consists of the probabilistic values for 18 classes, which include 17 character classes and 1 background class. By using the output of the CNN model, we obtain a character confidence matrix, and by using the score function, the optimal position of the billet number is detected, and the optimal character is classified. Furthermore, we exploit the fact that the billet number consists of four columns and two rows. The experimental results show that the billet number recognition accuracy is maximized as 95.1% in 20 epochs. Using the proposed algorithm will help to increase operation efficiency in the steel industry.22Nscopuskc

Development of 2D CNN-based Model for Remaining Useful Life of Turbofan Engine

In this paper, we propose a method for predicting Remaining Useful Life (RUL) using multivariate time series data. To enhance the relationships between the input and output data, we propose a pre-processing method and construct a model using 2D convolutional layers, bidirectional long short-term memory, and long short-term memory networks. The results demonstrate that the proposed approach provides higher accuracy for the RUL estimation compared to previous methods

Adaptive combination with improved performance for sparse system

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sparsity가 변하는 시스템에서 LMS와 ZA-LMS의 선택방법을 이용한 적응 필터링 알고리즘

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