خدمات دریایی و بندری

خدمات دریایی و بندری

پایش وضعیت سیستم پیشرانش کشتی به وسیله توسعه مدل رگرسیون با استفاده از یادگیری ماشین برای پیش‌بینی ضریب فرسودگی توربین و کمپرسور

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
کارشناسی ارشد دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران
چکیده
هدف از این پژوهش، پایش وضعیت و عیب‌یابی توربین گاز سیستم پیشران متحرک‌های دریایی به‌وسیله توسعه مدل‌های هوش مصنوعی است. الگوریتم‌های هوش مصنوعی برای این منظور به دو دسته الگوریتم‌های یادگیری ماشین[1] و یادگیری عمیق[2] تقسیم می‌شوند. استفاده از روش‌های یادگیری ماشین معمولاً نیازمند استخراج ویژگی‌های سیگنال توسط کاربر است، درحالی‌که در روش‌های یادگیری عمیق می‌توان سیگنال خام را در اختیار شبکه عصبی قرار داد تا ابتدا عملیات استخراج ویژگی[3] و سپس رگرسیون[4] یا دسته‌بندی[5] انجام شود (Orhan & Celik, 2023). در این پژوهش پس از شرح کلی سیستم پیشرانش متحرک‌های دریایی از یک دیتاست مربوط به توربین و کمپرسور سیستم پیشران کشتی استفاده می‌کنیم به این صورت که هر داده شامل ۱۶ پارامتر عملیاتی سیستم و دو ضریب فرسودگی[6] مربوط به توربین و کمپرسور سیستم است که آن ۱۶ پارامتر در حکم ویژگی‌ها[7] و دو ضریب فرسودگی در حکم لیبل یا خروجی مدل خواهند بود (Coraddu et al., 2014). با توجه به پیوسته بودن مقدار ضرایب فرسودگی باید مدل‌های رگرسیون توسعه داده شود. جهت توسعه مدل با استفاده از زبان برنامه‌نویسی پایتون ابتدا روش‌های یادگیری ماشین کلاسیک مانند رگرسیون درخت تصمیم[8]، k نزدیک‌ترین همسایه[9]، رگرسیون چندجمله‌ای، گاوسی و لاسو و در گام بعد از مدل رگرسیون عصبی چندلایه[10] جهت توسعه مدل استفاده شده است. در انتها عملکرد این روش‌ها باهم مقایسه شده و روش رگرسیون چندجمله‌ای و درخت تصمیم بهترین عملکرد را در بین بقیه مدل‌ها داشته‌اند.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Monitoring the State of the Ship's Propulsion System by Developing a Regression Model Using Machine Learning to Predict the Wear Rate of the Turbine and Compressor.

نویسندگان English

Mohammad Basirnezhad
Nima Saremi
M.A., Sharif University of Technology, Tehran, Iran
چکیده English

The purpose of this research is to monitor the condition and troubleshoot the gas turbine of marine propulsion system by developing artificial intelligence models. Therefore, artificial intelligence algorithms are divided into two categories: machine learning and deep learning. The use of machine learning methods usually requires the extraction of signal features by the user, while in deep learning methods, the raw signal can be provided to the neural network to perform feature extraction and then regression or classification (Orhan & Celik, 2023). In this research, after the general description of the marine propulsion system, we use a dataset related to the turbine and compressor of the ship's propulsion system. Each data contains 16 operational parameters of the system and two decay coefficients related to the turbine and compressor of the system. The 16 parameters will be the features and the two decay coefficients will be the label or output of the model (Coraddu et al., 2014). Regression models should be developed due to the continuous value of wear coefficients. In order to develop the model using Python programming language, classical machine learning methods such as decision tree regression, k-nearest neighbor, polynomial regression, Gaussian and Lasso, and in the next step, multi-layer neural regression model, are used to develop the model .Finally, the performance of these methods was compared and the polynomial regression method and the decision tree had the best performance among the rest of the models.

کلیدواژه‌ها English

Propulsion System Troubleshooting
Neural Network
Machine Learning
Status Monitoring
  1. References

    1. Anđelić, N., Baressi Šegota, S., Lorencin, I., Poljak, I., Mrzljak, V., & Car, Z. (2021). Use of Genetic Programming for the Estimation of CODLAG Propulsion System Parameters. Journal of Marine Science and Engineering, 9(6), 612.
    2. Babaei, M., Shi, J., & Abdelwahed, S. (2018). A survey on fault detection, isolation, and reconfiguration methods in electric ship power systems. IEEE Access, 6, 9430-9441.
    3. Benvenuto, G. (2005). A gas turbine modular model for ship propulsion studies. Proceedings of the 7th Symposium on High Speed Marine Vehicles, HSMV 2005, Napoli, Italy, 21-23 September 2005. Paper: P2005-9 Proceedings.,
    4. Benvenuto, G., Campora, U., & Laviola, M. (2014). Assessment of steam cycle layouts for COGAS ship propulsion systems. Proceedings of the MARTECH (February): 2nd International Conference on Maritime Technology and Engineering, Lisbon, Portugal,
    5. Campora, U., Cravero, C., & Zaccone, R. (2018). Marine gas turbine monitoring and diagnostics by simulation and pattern recognition. International journal of naval architecture and ocean engineering, 10(5), 617-628.
    6. Coraddu, A., Oneto, L., Ghio, A., Savio, S., Anguita, D., & Figari, M. (2014). Condition based maintenance of naval propulsion plants data set. UCI Machine Learning Repository.
    7. Daroogheh, N., Meskin, N., & Khorasani, K. (2014). A novel particle filter parameter prediction scheme for failure prognosis. 2014 American Control Conference,
    8. Orhan, M., & Celik, M. (2023). A literature review and future research agenda on fault detection and diagnosis studies in marine machinery systems. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part M: Journal of Engineering for the Maritime Environment, 14750902221149291.
    9. Pal, P., Datta, R., Segev, A., & Yasinsac, A. (2019). Condition based maintenance of turbine and compressor of a codlag naval propulsion system using deep neural network. 6th international conference on artificial intelligence and applications (AIAP-2019),
    10. sayad, s. (2021). Desicion tree regression. https://saedsayad.com/decision_tree_reg.htm
    11. Sharma, P. (2023). Different types of regression model. https://www.analyticsvidhya.com/blog/2022/0/different-types-of-regression-models/
    12. Tahan, M., Tsoutsanis, E., Muhammad, M., & Karim, Z. A. (2017). Performance-based health monitoring, diagnostics and prognostics for condition-based maintenance of gas turbines: A review. Applied energy, 198, 122-144.
    13. Theodoropoulos, P., Spandonidis, C. C., Giannopoulos, F., & Fassois, S. (2021). A deep learning-based fault detection model for optimization of shipping operations and enhancement of maritime safety. Sensors, 21(16), 5658.
    14. Vavasseur, X. (2013). Q&A with BAE Systems on Type 26 Frigate Design Update at Euronaval 2012. https://www.navyrecognition.com/index.php?option=com_content&view=article&id=828
    15. White, R. (2021). Propulsion Systems Used in Modern Naval Vessels. https://navalpost.com/propulsion-systems-navies-gas-diesel-electric/

     

     

     

دوره 1، شماره 2
زمستان 1402
صفحه 277-251

  • تاریخ دریافت 06 شهریور 1402
  • تاریخ بازنگری 25 شهریور 1402
  • تاریخ پذیرش 28 آبان 1402