ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
TRẦN QUANG THỊNH
NHẬN DẠNG KHUYẾT TẬT Ổ BI DỰA TRÊN ANFIS VÀ
GIẢI PHÁP XỬ LÝ DÒNG DỮ LIỆU TỪ CẢM BIẾN
Ngành: Cơ Kỹ thuật
Mã số ngành: 62520101
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ
TP. HỒ CHÍ MINH - NĂM 2023
Công trình được hoàn thành tại Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM
Người hướng dẫn 1: TS. Nguyễn Sỹ Dũng
Người hướng dẫn 2: GS. TS. Ngô Kiều Nhi
Phản biện độc lập 1:
Phản biện độc lập 2:
Phản biện 1:
Phản biện 2:
Phản biện 3:
Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án họp tại
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
vào lúc giờ ngày tháng năm
Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:
- Thư viện Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM
- Thư viện Đại học Quốc gia Tp.HCM
- Thư viện Khoa học Tổng hợp Tp.HCM
1
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN
1.1 Nhận dạng khuyết tật và giám sát tình trạng máy
Nhận dạng khuyết tật trên ổ bi bao gồm kiểm tra và kết luận về việc có hay
không sự hiện diện khuyết tật, xác định vị trí xuất hiện khuyết tật nếu có, và xác
định mức độ hư hỏng tại các vị trí xuất hiện khuyết tật này.
Giám sát tình trạng là việc đo các thông số cụ thể của máy móc trong quán trình
vận hành, chẳng hạn như dao động, và chú ý đến bất kỳ sự thay đổi đáng kể nào
của chúng có thể là dấu hiệu của hỏng hóc hoặc sự cố sắp xảy ra.
1.2 Một số giải pháp nhận dạng khuyết tật
Có hai nhóm giải pháp tiếp cận trong công tác nghiên cứu về giám sát sức khỏe
máy móc: nhóm mô hình và nhóm phi cấu trúc hay nhóm các phương pháp dẫn
động số [3]. Trong nhóm mô hình, sự phát hiện khuyết tật trong cơ hệ được dựa
vào kết quả nghiên cứu trên mô hình tương ứng của cơ hệ. Ở nhóm phi cấu
trúc, các thuật toán được xây dựng trên cơ sở đã xác lập được tập dữ liệu đo
phản ánh ứng xử động lực học cơ hệ. Khuyết tật xuất hiện sẽ làm thay đổi đặc
tính dao động của cơ hệ. Đây là các dấu hiệu để nhận biết khuyết tật [4].
1.3 Các nghiên cứu liên quan
Xu hướng mới trong quản lý và giám sát tình trạng kỹ thuật của hệ thống dựa
trên các luồng dữ liệu đo dạng dữ liệu lớn và các mô hình dẫn động số bằng
cách sử dụng mạng nơ-ron nhân tạo (ANN), logic mờ (FL) hoặc hệ thống suy
diễn nơron-mờ thích nghi (ANFIS) [4a, 6a, 28-32] đã được triển khai với một
tương lai đầy hứa hẹn. Hạn chế của các phương pháp trong [4a, 6a, 28-32] là
không có các giải pháp trực tuyến đối với tiền xử lý dữ liệu và trích xuất đặc
trưng. Bên cạnh đó, chi phí tính toán cũng chưa được chú ý và tính toán một
cách thỏa đáng.
1.4 Nhận xét và kết luận
Trong hai nhóm giải pháp xây dựng hệ thống giám sát tình trạng của ổ bi,
nhược điểm của nhóm mô hình là không xây dựng được mô hình khuyết tật của
2
ổ bi và mô hình ổ bi có khuyết tật sử dụng trong các ứng dụng nhận dạng trực
tuyến khuyết tật theo thời gian thực. Ngược lại, nhóm phi cấu trúc được xây
dựng dựa trên tập dữ liệu đo phản ánh ứng xử động lực học của cơ hệ. Vì vậy,
nhóm này hoàn toàn phù hợp với các ứng dụng nhận dạng trực tuyến khuyết tật
của ổ bi. Một số vấn đề cần giải quyết là làm thế nào để lọc nhiễu trực tuyến và
trích xuất các thông tin hữu ích từ dữ liệu đo nhằm gia tăng độ chính xác của
các mô hình nhận dạng khuyết tật. Đồng thời cần phát triển các công cụ toán
nhằm gia tăng độ chính xác và giảm chi phí tính toán.
1.5 Giới thiệu luận án
1.5.1 Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu
Ổ bi là một trong những bộ phận được sử dụng rộng rãi nhất trong các loại máy
móc công nghiệp. Là một thành phần quan trọng của máy, ổ bi chịu phần lớn tải
trọng trong quá trình máy móc vận hành. Ổ bi bị hư hỏng sẽ phát sinh các vấn
đề nghiêm trọng, dẫn đến giảm hiệu quả sản xuất và gây thiệt hại lớn về kinh tế.
Do đó, để đảm bảo an toàn trong quá trình khai thác và sử dụng, cần thiết phải
xây dựng hệ thống nhận dạng trực tuyến khuyết tật và giám sát tình trạng kỹ
thuật cho các bộ phận của máy, trong đó có ổ bi.
1.5.2 Mục đích nghiên cứu
Mục đích của luận án là nghiên cứu và đề xuất các giải thuật để nhận dạng
khuyết tật của bi, đồng thời triển khai hệ thống thí nghiệm kiểm chứng hiệu quả
của các giải thuật được đề xuất, làm cơ sở để xây dựng bộ giám sát trực tuyến
tình trạng kỹ thuật của ổ bi trong các loại máy móc công nghiệp.
1.5.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của luận án là nhận dạng khuyết tật của các loại ổ bi sử
dụng rộng rãi trong các máy công nghiệp. Thực tế có rất nhiều loại hư hỏng
khác nhau xuất hiện khi ổ bi quay như nứt vỡ, tróc bề mặt, dính bề mặt, v.v…
Các hư hỏng này có thể xuất hiện dưới dạng hư hỏng đơn hoặc nhiều hư hỏng
cùng xuất hiện (đa khuyết tật). Đề tài này tập trung vào nhận dạng khuyết tật
của ổ bi với các hư hỏng đơn xuất hiện trong quá trình ổ bi làm việc.
3
1.5.4 Phương pháp nghiên cứu
Luận án được thực hiện dựa trên phương pháp lý thuyết kết hợp với phương
pháp thực nghiệm khoa học.
1.5.5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu
• Đề xuất ba giải thuật mới có tính khả thi cao để nhận dạng khuyết tật của ổ
bi dựa trên các công cụ trí tuệ nhân tạo và dữ liệu đo từ cảm biến.
• Chủ động nghiên cứu, từng bước xây dựng và làm chủ công nghệ giám sát
tình trạng kỹ thuật của ổ bi khi máy móc vận hành nhằm đảm bảo an toàn,
nâng cao hiệu suất, giảm thời gian và chi phí bảo trì máy móc.
1.5.6 Đóng góp mới của luận án
Luận án có những đóng góp mới như sau:
• Đề xuất giải thuật ASSBDIM nhận dạng trực tuyến khuyết tật ổ bi dựa trên
phân tích phổ đơn, lọc thưa và hệ thống suy diễn nơron - mờ thích nghi
(ANFIS).
• Kế thừa và phát triển giải thuật ASSBDIM, đề xuất giải thuật mới có tên
BFDM nhận dạng khuyết tật của ổ bi dựa trên phân tích phổ đơn, xây dựng
véc tơ đặc trưng và mạng nơ-ron nhân tạo (ANN) - khung sườn cấu thành
ANFIS.
• Tiếp tục mở rộng và phát triển hai giải thuật ở trên để đề xuất giải thuật mới
ANFIS-BFDM dựa trên phân tích phổ đơn, giải pháp thích ứng miền, lọc
nhiễu xung và ANFIS.
• Xây dựng và triển khai hệ thống thí nghiệm đo dữ liệu dao động của ổ bi để
kiểm chứng các giải thuật đề xuất.
1.5.7 Bố cục luận án
Luận án được tổ chức như sau:
Chương 1 nghiên cứu tổng quan về nhận dạng khuyết tật và giám sát tình trạng
máy. Chương 2 trình bày ngắn gọn cơ sở lý thuyết liên quan đến động lực học
ổ bi, các bài toán trong nhận dạng khuyết tật ổ bi và ANFIS với vai trò là một
