AI辨識設(shè)備運(yùn)行聲音進(jìn)行健康監(jiān)測

設(shè)備在運(yùn)行時(shí)或多或少會發(fā)出振動與聲音，這些聲音通常可以表現(xiàn)出目前設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，若能夠通過人工智能來辨識設(shè)備運(yùn)行的聲音是否正常，便可提早發(fā)現(xiàn)設(shè)備出現(xiàn)的問題并進(jìn)行維護(hù)，將可降低設(shè)備的維護(hù)成本與延長使用壽命。本文將為您介紹人工智能如何通過聲音的解讀，來協(xié)助進(jìn)行設(shè)備的健康監(jiān)測，以及由ADI所推出OtoSense智能監(jiān)測解決方案的功能與特性。

藉由振動與聲音進(jìn)行設(shè)備健康監(jiān)測

任何深諳設(shè)備維護(hù)必要性的人都知道，設(shè)備發(fā)出的聲音和振動有多重要。通過聲音和振動進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑O(shè)備健康監(jiān)測，可以將維護(hù)成本降低一半，使用壽命延長一倍，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)聲學(xué)數(shù)據(jù)和分析，是另一種重要的基于狀態(tài)的系統(tǒng)監(jiān)測（CbM）方法。

首先，我們應(yīng)先了解設(shè)備發(fā)出的正常聲音是什么樣的，當(dāng)聲音出現(xiàn)變化時(shí)，便可以確認(rèn)設(shè)備出現(xiàn)異常，并了解出現(xiàn)了什么問題，通過這樣的方式把聲音和特定的問題聯(lián)系在一起。

識別異常可能需要進(jìn)行幾分鐘的訓(xùn)練，但將聲音、振動和原因結(jié)合起來實(shí)施診斷可能需要相當(dāng)長的時(shí)間。經(jīng)驗(yàn)豐富的技工人員和工程師可能具備這種知識，但這類的人才屬于稀缺資源。單單通過聲音本身來識別問題可能相當(dāng)困難，即使使用錄音、描述性框架或接受專家親自培訓(xùn)，也很難具備如此專業(yè)的技能。

理解人類神經(jīng)學(xué)以建立計(jì)算機(jī)聽覺能力

為了解決這個問題，ADI公司團(tuán)隊(duì)在過去20年里一直致力于理解人類是如何解讀聲音和振動的。ADI的目標(biāo)是建立一個系統(tǒng)，能夠?qū)W習(xí)來自設(shè)備的聲音和振動，破譯它們的含義，以檢測異常行為，并進(jìn)行診斷。

ADI推出了OtoSense體系結(jié)構(gòu)，它是一種設(shè)備健康監(jiān)測系統(tǒng)，支持計(jì)算機(jī)聽覺，讓計(jì)算機(jī)能夠理解設(shè)備行為的主要指標(biāo)：聲音和振動。該系統(tǒng)適用于任何設(shè)備，可以實(shí)時(shí)工作，無需網(wǎng)絡(luò)連接。它已被應(yīng)用于工業(yè)應(yīng)用，支持實(shí)現(xiàn)一個可擴(kuò)展的高效設(shè)備健康監(jiān)測系統(tǒng)。

OtoSense的設(shè)計(jì)理念是從人類神經(jīng)學(xué)中獲得靈感，人類可以一種非常節(jié)能的方式學(xué)習(xí)和理解他們聽到的任何聲音，并能夠?qū)W習(xí)靜態(tài)聲音和瞬態(tài)聲音，這需要不斷調(diào)整功能和持續(xù)實(shí)施監(jiān)測。OtoSense在靠近傳感器的終端進(jìn)行識別，無需通過網(wǎng)絡(luò)連接遠(yuǎn)程服務(wù)器來做出決策，并可與專家進(jìn)行互動與學(xué)習(xí)。

人類聽覺系統(tǒng)和OtoSense的對比與解析

聽覺對人類來說是一種關(guān)乎生存的感覺，它是對遙遠(yuǎn)的、看不見的事件的整體感覺，并在出生前便已經(jīng)成熟。人類感知聲音的過程可以用四個熟悉的步驟來描述：聲音的模擬獲取、數(shù)字轉(zhuǎn)換、特征提取和解讀。在每個步驟中，我們都會將人耳與OtoSense系統(tǒng)進(jìn)行比較。

人類聽覺的模擬獲取和數(shù)字化是個相當(dāng)重要的過程，首先從中耳中的鼓膜和三塊聽小骨通過杠桿原理來捕捉聲音，然后調(diào)整阻抗，將振動傳輸?shù)匠湟呵坏乐校谀抢铮硪粚庸哪鶕?jù)信號中存在的頻譜成分選擇性地移位。這反過來彎曲了彈性單元，這些單元發(fā)出數(shù)字信號，反映出彎曲程度和強(qiáng)度。然后，這些單獨(dú)的信號通過按頻率排列的平行神經(jīng)傳遞到初級聽覺皮層。

在OtoSense中，這項(xiàng)工作由傳感器、放大器和編解碼器來完成。數(shù)字化過程使用固定的采樣速率，可在250 Hz和196kHz之間調(diào)節(jié)，波形以16位編碼，然后存儲到大小在128到4096之間的緩沖區(qū)。

聽覺的特性提取則發(fā)生在初級皮層，涵蓋頻率域特性，如主頻率、諧波和頻譜形狀，以及時(shí)間域特性，如脈沖、強(qiáng)度變化和在大約3秒時(shí)間窗內(nèi)的主要頻率成分。

OtoSense則使用一個時(shí)間窗，ADI稱之為塊，它以固定的步長移動。這個塊的大小和步長范圍為23毫秒到3秒，具體由需要識別的事件和在終端提取特性的采樣率決定。

聽覺的解析則發(fā)生在聯(lián)絡(luò)皮層，它融合了所有的感知和記憶，并賦予聲音以含義（比如通過語言），在塑造感知期間起著核心作用。解析過程會組織我們對事件的描述，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止是對它們進(jìn)行命名這么簡單。為一個項(xiàng)目、一個聲音或一個事件命名可以讓我們賦予它更大、更多層的含義。對于專家來說，名字和含義能讓他們更好地理解周圍的環(huán)境。

這就是為什么OtoSense與人的互動始于基于人類神經(jīng)學(xué)的視覺、無監(jiān)督的聲音映射。OtoSense利用圖形表示所有聽到的聲音或振動，它們按相似性排列，但不嘗試創(chuàng)建固定分類。這讓專家們能夠組織屏幕上顯示的組，并為它們命名，而無需嘗試人為創(chuàng)建有界線的類別。他們可以根據(jù)自身的知識、感知和對OtoSense最終輸出的期望構(gòu)建語義地圖。

對于同樣的音景，汽車機(jī)械師、航空工程師，或者冷鍛壓力機(jī)專家，甚至是研究相同領(lǐng)域，但來自不同公司的人員，都可以按不同的方式進(jìn)行劃分、組織和標(biāo)記。OtoSense則與塑造語言意義一樣，使用相同的自下而上的方法來給定意義。

OtoSense的設(shè)計(jì)初衷是向多位專家學(xué)習(xí)，并且隨著時(shí)間推移，進(jìn)行越來越復(fù)雜的診斷。常見過程是OtoSense和專家之間的循環(huán)，異常模型和事件識別模型都是在終端運(yùn)行，這些模型為潛在事件發(fā)生的概率，以及它們的異常值創(chuàng)建輸出。

超出定義閾值的異常聲音或振動會觸發(fā)異常通知，使用OtoSense的技術(shù)人員和工程師可以檢查該聲音和其前后聲音信息。然后，這些專家會對這個異常事件進(jìn)行標(biāo)記，對包含這些新信息的新識別模型和異常模型進(jìn)行計(jì)算，并推送給終端設(shè)備。

協(xié)助電動機(jī)進(jìn)行預(yù)測性維護(hù)的

智能電機(jī)監(jiān)測傳感器

以ADI OtoSense智能電機(jī)監(jiān)測傳感器為例，這是一個基于人工智能的、完整的硬件和軟件解決方案，用于基于電機(jī)狀態(tài)的設(shè)備監(jiān)測。這套系統(tǒng)無需專家進(jìn)行人工分析，可支持檢測九種機(jī)械和電氣故障，并無線纜和專業(yè)網(wǎng)關(guān)的需求，可進(jìn)行快速部署。

ADI OtoSense智能電機(jī)傳感器通過結(jié)合一流的傳感技術(shù)和領(lǐng)先的數(shù)據(jù)分析，可監(jiān)測電動機(jī)運(yùn)作的狀況。ADI OtoSense智能電機(jī)傳感器檢測設(shè)備的異常和缺陷，使您能夠預(yù)測維修周期，避免意外停機(jī)。

ADI OtoSense智能電機(jī)傳感器涵蓋最關(guān)鍵的診斷，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為具體的操作指令或操作建議。它可以對三相交流異步低壓電動機(jī)進(jìn)行24/7的狀態(tài)監(jiān)測。它可以清晰的方式呈現(xiàn)信息，告訴你問題是什么，以及如何解決它。

ADI OtoSense智能電機(jī)傳感器提供監(jiān)測儀表板，通過將每個電機(jī)狀態(tài)的詳細(xì)信息可視化，可協(xié)助全面了解機(jī)器的健康診斷和故障檢測。ADI OtoSense智能電機(jī)監(jiān)測傳感器并支持移動應(yīng)用，可通過個人電腦及手機(jī)應(yīng)用程序，允許用戶輕松設(shè)置智能電機(jī)監(jiān)測傳感器，了解部署數(shù)據(jù)，并在應(yīng)用程序中對關(guān)鍵事件發(fā)出通知和警報(bào)。

ADI OtoSense智能電機(jī)監(jiān)測傳感器利用強(qiáng)大的基于狀態(tài)的監(jiān)測硬件和軟件，可優(yōu)化生產(chǎn)環(huán)境，減少故障的發(fā)生，實(shí)現(xiàn)諸如降低資產(chǎn)維護(hù)成本、延長設(shè)備壽命和增加正常運(yùn)行時(shí)間等效益。

ADI OtoSense智能電機(jī)監(jiān)測傳感器支持實(shí)時(shí)監(jiān)控，可更頻繁地監(jiān)測設(shè)備，以了解機(jī)械和電氣故障何時(shí)開始發(fā)生，以及這些問題如何影響生產(chǎn)過程。ADI OtoSense智能電機(jī)監(jiān)測傳感器并可為每個電機(jī)創(chuàng)建一個獨(dú)特的模型，以提供與流程一致的優(yōu)化診斷。利用智能電機(jī)監(jiān)測傳感器提供的信息，可以用來診斷問題，還可以知道問題的嚴(yán)重性，以便維護(hù)團(tuán)隊(duì)可以采取具體的維護(hù)操作。通過持續(xù)監(jiān)測電機(jī)性能和健康狀況，將可對維護(hù)和備件需求有更好的可見性，以便知道該訂購什么和何時(shí)訂購，以減少庫存成本。

ADI OtoSense智能電機(jī)傳感器是市場上感應(yīng)和解釋機(jī)器數(shù)據(jù)最精確的解決方案，智能電機(jī)傳感器可以檢測到供電系統(tǒng)、定子繞組、轉(zhuǎn)子、電機(jī)軸平衡、偏心率、軸承、軸對齊、冷卻系統(tǒng)、固定螺栓等故障，并可提供綜合性能指標(biāo)，這個性能指標(biāo)用于表明潛在的系統(tǒng)性問題，這些問題可能是由多種因素造成的，如負(fù)荷的變化，操作過程的變化等。

ADI OtoSense智能電機(jī)傳感器的部署相當(dāng)簡單，可實(shí)現(xiàn)24/7的條件監(jiān)測，首先進(jìn)行設(shè)置，可使用iOS/Android應(yīng)用程序配置ADI OtoSense智能電機(jī)傳感器。通常，配置過程可在幾分鐘內(nèi)完成，甚至電機(jī)仍在運(yùn)行時(shí)亦可進(jìn)行配置操作。接著進(jìn)行學(xué)習(xí)，一旦傳感器被安裝在電機(jī)上并被調(diào)試好，學(xué)習(xí)過程就開始了。只需在正常的操作條件下，讓傳感器運(yùn)行即可。若出現(xiàn)異常，便可實(shí)時(shí)接收警報(bào)，可在移動應(yīng)用程序或網(wǎng)絡(luò)儀表板上查看警報(bào)，能夠防止任何電動馬達(dá)故障。

結(jié)語

ADI公司提供的OtoSense技術(shù)旨在使聲音和振動專業(yè)知識在任何設(shè)備上都持續(xù)可用，且無需連接網(wǎng)絡(luò)來執(zhí)行異常檢測和事件識別。在航空航天、汽車和工業(yè)監(jiān)測應(yīng)用中，該技術(shù)被越來越多地用于設(shè)備健康監(jiān)測，這表示在以往需要專業(yè)知識與涉及嵌入式應(yīng)用的場景中，尤其是對于復(fù)雜設(shè)備而言，該技術(shù)都表現(xiàn)出了不錯的性能，并已經(jīng)受到行業(yè)專家的好評及信任，將是您進(jìn)行設(shè)備健康監(jiān)測的最佳幫手。

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