STTR Phase II: Probabilistic and Explainable Deep Learning for the Intuitive Predictive Maintenance of Industrial and Agricultural Equipment

STTR 第二阶段:用于工业和农业设备直观预测维护的概率和可解释深度学习

基本信息

  • 批准号:
    2222630
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 100万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Cooperative Agreement
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2022-12-01 至 2024-11-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The broader impact/commercial potential of this Small Business Technology Transfer (STTR) Phase II is to improve schedule-based maintenance programs to ensure that industrial and farming equipment can function 24 hours a day, 7 days a week. The downtime associated with such high productivity equipment can result in significant lost revenue, and research shows that the average manufacturer deals with 800 hours of downtime per year. The proposed technology seeks to effectively reduce or eliminate this downtime, creating value for manufacturers. This project proposes a novel deep learning approach to predicting bearing failure in rotating industrial equipment and enable maintenance teams to confidently plan optimal maintenance activities around equipment that is in the process of degrading. This solution also aims to cost-effectively use a patented methodology to monitor industrial material handling systems with a combination of stationary and mobile battery-powered wireless sensors.This Small Business Technology Transfer (STTR) Phase II project proposes a novel deep learning approach to machinery prognostics. Many existing deep learning approaches focus on the most likely failure scenarios given a set of training data. Monitored equipment may not exbibit behavior covered in that training set, leading to low-confidence predictions. The proposed approach may not only predict the remaining useful life of a machine component, but also seeks to quantify the uncertainty of a prediction through an ensemble of models and a temporal fusion of predictions. As a result, maintenance decisions may be made from a risk-based perspective, eliminating unnecessary maintenance stemming from low-confidence predictions. Additionally, many existing deep learning approaches also lack the ability to intuitively explain their predictions to human users. In critical applications where poor predictions have serious consequences, maintenance personnel must understand and trust an artificially intelligent predictive maintenance partner. The proposed solution produces an intuitive visual explanation for the model’s prediction by highlighting and animating the segments of a raw data signal that are contributing most significantly to the prediction. This technology may allow trained personnel to quickly make optimal maintenance decisions by fusing data-driven insights with their existing domain expertise.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
这项小型企业技术转让(STTR)第二阶段的更广泛影响/商业潜力是改进基于时间表的维护计划,以确保工业和农业设备能够每周7天,每天24小时正常运行。与这种高生产率设备相关的停机时间可能会导致严重的收入损失,研究表明,制造商平均每年要处理800小时的停机时间。该技术旨在有效减少或消除停机时间,为制造商创造价值。该项目提出了一种新颖的深度学习方法来预测旋转工业设备的轴承故障,并使维护团队能够自信地围绕处于退化过程中的设备计划最佳维护活动。该解决方案还旨在经济有效地使用专利方法,通过固定和移动电池供电的无线传感器组合来监控工业物料处理系统。这个小型企业技术转移(STTR)第二阶段项目提出了一种新的机器预测深度学习方法。许多现有的深度学习方法专注于给定一组训练数据的最可能失败的场景。被监测的设备可能不会表现出该训练集所涵盖的行为,从而导致低置信度的预测。所提出的方法可能不仅预测机器部件的剩余使用寿命,而且还寻求通过模型集合和预测的时间融合来量化预测的不确定性。因此,维护决策可以从基于风险的角度进行,从而消除了由于低置信度预测而产生的不必要的维护。此外,许多现有的深度学习方法也缺乏直观地向人类用户解释其预测的能力。在糟糕的预测会导致严重后果的关键应用中,维护人员必须理解并信任人工智能的预测性维护合作伙伴。提出的解决方案通过突出显示对预测贡献最大的原始数据信号片段并将其动画化,为模型的预测提供直观的视觉解释。这项技术可以让训练有素的人员通过将数据驱动的见解与他们现有的领域专业知识相结合,快速做出最佳的维护决策。该奖项反映了美国国家科学基金会的法定使命,并通过使用基金会的知识价值和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。

项目成果

期刊论文数量(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

Andrew Zimmerman其他文献

Combined lung and liver transplantation in a girl with cystic fibrosis
囊性纤维化女孩的肺和肝联合移植
  • DOI:
    10.1007/bf03013549
  • 发表时间:
    1999
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Andrew Zimmerman;T. Howard;C. Huddleston
  • 通讯作者:
    C. Huddleston
Superfluid stiffness of twisted trilayer graphene superconductors
扭曲三层石墨烯超导体的超流体刚度
  • DOI:
    10.1038/s41586-024-08444-3
  • 发表时间:
    2025-02-05
  • 期刊:
  • 影响因子:
    48.500
  • 作者:
    Abhishek Banerjee;Zeyu Hao;Mary Kreidel;Patrick Ledwith;Isabelle Phinney;Jeong Min Park;Andrew Zimmerman;Marie E. Wesson;Kenji Watanabe;Takashi Taniguchi;Robert M. Westervelt;Amir Yacoby;Pablo Jarillo-Herrero;Pavel A. Volkov;Ashvin Vishwanath;Kin Chung Fong;Philip Kim
  • 通讯作者:
    Philip Kim

Andrew Zimmerman的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

{{ truncateString('Andrew Zimmerman', 18)}}的其他基金

Collaborative Research: Exploring the dynamic interaction between pyrogenic carbon and extracellular enzymes and its impacts on organic matter cycling in fire-impacted environments
合作研究:探索热解碳和细胞外酶之间的动态相互作用及其对受火灾影响的环境中有机物循环的影响
  • 批准号:
    2120122
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 100万
  • 项目类别:
    Standard Grant
STTR Phase I: Probabilistic and Explainable Deep Learning for the Intuitive Predictive Maintenance of Industrial and Agricultural Equipment
STTR 第一阶段:用于工业和农业设备直观预测维护的概率和可解释深度学习
  • 批准号:
    2036044
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 100万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Detection of dissolved pyrogenic carbon export following the Southern California fires of 2017
2017 年南加州火灾后溶解热解碳输出的检测
  • 批准号:
    1824133
  • 财政年份:
    2018
  • 资助金额:
    $ 100万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: Dissolved pyrogenic organic matter dynamics in the environment
合作研究:环境中溶解热解有机物动力学
  • 批准号:
    1451367
  • 财政年份:
    2015
  • 资助金额:
    $ 100万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
SBIR Phase I: A Multifunctional Piezoelectric Smart Flooring System for Energy Efficient Control in Commercial Building Systems
SBIR 第一阶段:用于商业建筑系统节能控制的多功能压电智能地板系统
  • 批准号:
    1113466
  • 财政年份:
    2011
  • 资助金额:
    $ 100万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: Pre-Columbian Human Impacts on Amazonian Ecosystems
合作研究:前哥伦布时代人类对亚马逊生态系统的影响
  • 批准号:
    0743357
  • 财政年份:
    2008
  • 资助金额:
    $ 100万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: Black Carbon Remineralization in the Environment: Physical and Chemical Controls
合作研究:环境中的黑碳再矿化:物理和化学控制
  • 批准号:
    0819706
  • 财政年份:
    2008
  • 资助金额:
    $ 100万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Energy Conservation as a Form of Technological Citizenship: Implication for the Energy Future
节能作为技术公民的一种形式:对能源未来的影响
  • 批准号:
    9601555
  • 财政年份:
    1996
  • 资助金额:
    $ 100万
  • 项目类别:
    Standard Grant

相似国自然基金

Baryogenesis, Dark Matter and Nanohertz Gravitational Waves from a Dark Supercooled Phase Transition
  • 批准号:
    24ZR1429700
  • 批准年份:
    2024
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
ATLAS实验探测器Phase 2升级
  • 批准号:
    11961141014
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    3350 万元
  • 项目类别:
    国际(地区)合作与交流项目
地幔含水相Phase E的温度压力稳定区域与晶体结构研究
  • 批准号:
    41802035
  • 批准年份:
    2018
  • 资助金额:
    12.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
基于数字增强干涉的Phase-OTDR高灵敏度定量测量技术研究
  • 批准号:
    61675216
  • 批准年份:
    2016
  • 资助金额:
    60.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
基于Phase-type分布的多状态系统可靠性模型研究
  • 批准号:
    71501183
  • 批准年份:
    2015
  • 资助金额:
    17.4 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
纳米(I-Phase+α-Mg)准共晶的临界半固态形成条件及生长机制
  • 批准号:
    51201142
  • 批准年份:
    2012
  • 资助金额:
    25.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
连续Phase-Type分布数据拟合方法及其应用研究
  • 批准号:
    11101428
  • 批准年份:
    2011
  • 资助金额:
    23.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
D-Phase准晶体的电子行为各向异性的研究
  • 批准号:
    19374069
  • 批准年份:
    1993
  • 资助金额:
    6.4 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似海外基金

STTR Phase II: Fabrication and Structural Testing of a 3D Concrete Printed Anchor for Floating Offshore Wind
STTR 第二阶段:用于浮动海上风电的 3D 混凝土打印锚的制造和结构测试
  • 批准号:
    2333306
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 100万
  • 项目类别:
    Cooperative Agreement
STTR Phase II: Optimized manufacturing and machine learning based automation of Endothelium-on-a-chip microfluidic devices for drug screening applications.
STTR 第二阶段:用于药物筛选应用的片上内皮微流体装置的优化制造和基于机器学习的自动化。
  • 批准号:
    2332121
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 100万
  • 项目类别:
    Cooperative Agreement
STTR Phase II: Earth-abundant catalyst for power-to-liquids chemical production at the kiloton scale
STTR 第二阶段:地球储量丰富的催化剂,用于千吨级电力转化为液体的化学生产
  • 批准号:
    2304275
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 100万
  • 项目类别:
    Cooperative Agreement
STTR Phase II: Dermatologist-level detection of suspicious pigmented skin lesions from high-resolution full-body images
STTR II 期:通过高分辨率全身图像对可疑色素性皮肤病变进行皮肤科医生级别的检测
  • 批准号:
    2335086
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 100万
  • 项目类别:
    Cooperative Agreement
STTR Phase II: Thermal Imaging, Augmentation of Microwave Energy in Various Tissues and Chronic Safety
STTR 第二阶段:热成像、增强各种组织中的微波能量和长期安全性
  • 批准号:
    2301440
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 100万
  • 项目类别:
    Cooperative Agreement
STTR Phase II: Nanomaterial-based Residual Active Disinfectant for Decreasing Surface Acquired Infections
STTR 第二阶段:基于纳米材料的残留活性消毒剂,用于减少表面获得性感染
  • 批准号:
    2208717
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 100万
  • 项目类别:
    Cooperative Agreement
STTR Phase II: Scaling the Purification of Mycosporine-like Amino Acids to Replace Chemical Ultraviolet (UV) Filters and Protect Human and Environmental Health.
STTR 第二阶段:扩大类菌孢素氨基酸的纯化,以取代化学紫外线 (UV) 过滤器并保护人类和环境健康。
  • 批准号:
    2222582
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 100万
  • 项目类别:
    Cooperative Agreement
STTR Phase II: Stem Cell Delivery in Microscopic Hydrogel Droplets for Faster and More Complete Healing of Equine Tendon and Ligament Injuries
STTR 第二阶段:以微小水凝胶液滴形式输送干细胞,以更快、更完全地治愈马肌腱和韧带损伤
  • 批准号:
    2304324
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 100万
  • 项目类别:
    Cooperative Agreement
STTR Phase II: Development of a Smart Remote Health Management System for Patients with Kidney Disease
STTR二期:为肾病患者开发智能远程健康管理系统
  • 批准号:
    2243718
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 100万
  • 项目类别:
    Cooperative Agreement
STTR Phase II: Body fluid identification for forensic purposes using Raman spectroscopy
STTR 第二阶段:使用拉曼光谱法进行体液鉴定
  • 批准号:
    2304318
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 100万
  • 项目类别:
    Cooperative Agreement
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了