この記事は、「転がり軸受の故障診断」シリーズの 3 番目の記事 (データセット) です。
シリーズの完全なカタログは記事の最後にあります。[Column Navigation]。この記事に付随するダウンロード手順、ファイル リスト、および配置ディレクトリについては、同じ名前のブロガーの WeChat 公開アカウントを参照してください。
1. データセットの出所: CWRU が世界中で使用されているのはなぜですか?
このプロジェクトのデータは、ケース ウェスタン リザーブ大学 (CWRU) のベアリング データ センターから取得されています。ベアリングの故障診断の分野で最も古典的な公開データセットこの方向のほとんどすべての導入研究ではこれが使用されます。
これを選択する理由は 3 つあります。
- 無料公開: 公式 Web サイトから直接ダウンロードできるため、研究や論文執筆時に著作権のリスクがありません。
- データ標準: 業界で認められた「標準的な試験用紙」で、実験を再現して水平比較することができ、教師は弁護中にすぐに理解できます。
- シーンが完成しました: 正常な故障カテゴリと 3 つの主要カテゴリ (内輪、転動体、外輪) が含まれており、4 つの分類タスクを正確に満たします。
一言で言えば、CWRU を使用している他の人は結果を公開して卒業することができ、あなたも同様にできます。
2. .mat ファイルには何が入っていますか?
データは Matlab 形式 (.mat) です。主に次の変数セットが含まれるファイルを開きます。
| 変数 | 意味 |
|---|---|
X097_DE_time |
ドライブエンド加速度計によって収集された振動信号 |
X097_FE_time |
ファンエンド加速度計によって収集された振動信号 |
X097_BA_time |
ベース加速度計によって収集された信号 (このシリーズでは使用されません) |
X097RPM |
このテストのモーター速度 (回転/分) |
それぞれのファイルには、長い振動時系列——ベアリングが回転するミリ秒ごとに記録されます。 DE と FE は、同じ軸受上の 2 つの異なる位置で、相補的な視野角で測定されます。これが後述する「デュアルチャンネル」設計の原点となっている。
3 番目と 4 番目のカテゴリーの国家を形成する方法
このシリーズでは、診断のためにベアリングを 4 つのカテゴリに分類します。
| カテゴリラベル | 州 | 代表的な書類 |
|---|---|---|
| 0 | 普通 | 97～100.マット |
| 1 | 内輪破損（インナー） | 105108、169172、209~212.マット |
| 2 | 転動体の故障（ボール） | 118121、185188、222～225.マット |
| 3 | 外輪破損（外輪） | 130133、144147、156～160.マット |
同じ種類の状態に対して、異なる速度/負荷で複数のファイルを使用してサンプルを取得します。このようにして、モデルはより多くの動作条件を確認し、一般化機能が向上します。これは、後で「各カテゴリにさらにいくつかのファイルを配置する」理由でもあります。
4. 視覚化: なぜ「波形を聞く」ことで分類できるのでしょうか?
4 種類のデータのそれぞれのセクションを取り出して描画します。違いは肉眼でもわかります。
- 普通：振幅が小さく滑らかなランダム振動。
- 内輪の故障: 明らかな周期的な衝撃があります (ボールが欠陥のある位置を転がるたびに、「衝撃」が発生します)。
- 転動体の故障: 波形は「振幅変調」パターンになっています。衝撃は特定のパターンに従って現れ、減衰します。
- 外輪故障: インナーサークルに似ていますが、リズムと位置が異なり、多くの場合倍音が伴います。
これはプロジェクト全体の基礎となる物理的な基盤です: さまざまな故障には波形上に識別可能なパターンがあり、機械学習を学習できます。 4種類の波形が全く同じに見えては、どんなに素晴らしいモデルでも意味がありません。したがって、「最初に視覚化してからモデル化する」ということは、単に動作を実行することではありません。まず「割り切れる」という前提を確認する。
5. データ準備に関する 3 つのこと (リソース パッケージを指す)
データを取得し、分類でき、波形を描けるようになったら、正式なトレーニングの前にやるべきことがさらに 3 つあります。特定の操作 (ダウンロード アドレス、ファイル リスト、配置ディレクトリ構造) はすべて公式アカウントで行われます。
- ダウンロード: リストに従って、通常 + 12k ドライバーの合計 40 個の .mat ファイルをダウンロードします。
- 分類する:「普通/内輪/転動体/外輪」の4つのディレクトリに配置します。
- チェック: 4+12+12+12=40 と数えると、1 つが多いです。
これら 3 つのステップを完了すると、パート 4 (データの前処理) に入るすべての原材料が揃います。
6. この記事の概要
- CWRU は軸受診断用の「標準試験紙」であり、無料で引用可能であり、簡単に複製できます。
- .mat 内の 2 つの信号 DE/FE は「デュアル チャネル」のソースであり、RPM は動作状態を記録します。
- 4 種類の波形は明らかに異なります = 分類のための物理的な前提条件、アクションを起こす前に視覚的に確認する必要があります。
[Column Navigation]
| 章 | テーマ | 州 |
|---|---|---|
| 1 | プロジェクト概要と3モデルの比較 | ✅ |
| 2 | 環境展開 | ✅ |
| 3 | CWRU データセットの詳細な分析と波形の視覚化 (この記事) | ✅ |
| 4 | データ前処理ソースコード読み込み | 予定されている |
| 5 | ランダムフォレストの実践 | 予定されている |
| 6 | 1次元畳み込みおよび残差モジュール | 予定されている |
| 7 | モデルのトレーニングと評価 | 予定されている |
| 8 | 視覚診断システム | 予定されている |
| 9 | 論文レポートと弁護スキル | 予定されている |
次の記事のプレビュー: 「データ前処理のソース コードを読み取る: 振動信号全体を 1000 ポイントのサンプルの束に分割する」を参照してください。 data_load このコア関数はどのようにして .mat を段階的に npy に変換するのでしょうか。
著作権に関する注意: CWRU データ セットの著作権はケース ウェスタン リザーブ大学に属し、研究および研究目的でのみ使用されます。
