Ball Bearing Predictive Challenge 2025
Soutěž ve zpracování signálů AKUSTICKÉ EMISE
GAMS KM FJFI / AMSM & NDT laboratoř ÚT AVČR, v.v.i.
pro Bc a Mgr studenty FJFI
Ball Bearing Predictive AI Classification Challenge
KULOVÉ LOŽISKO aneb ‘NALOŽ MU TO’
1. místo… 10 000,-kč
2. místo… 6 000,-kč
3. místo… 4 000,-kč
!! plus speciální tučné ceny za originální přístupy !!
Vaší predikci zatížení zašlete prosím na adresu kusvacla@fjfi.cvut.cz. Ze zaslaného vektoru predikovaných zatížení [g] spočteme výběrový MAE (sample mean absolute error) všech vámi 3200 predikovaných odchylek od skutečného experimentálního zatížení ložiska, podle kterých budou seřazeny výsledky pro udělení finančních cen.
Termín zaslání vašich klasifikací do: 1.10.2025
Ball Bearing Predictive AI Classification Challenge spočívá v predikci zatížení ložiska v [g] ze signálů akustické emise zaznamenaných během experimentu v ÚT AVČR, v.v.i.
Co je Akustická Emise. Akustická emise (AE) je jev, při kterém se do materiálu uvolňují elastické napěťové vlny o frekvencích v řádu až MHz, tedy daleko nad slyšitelnou částí frekvenčního spektra. Po dosažení povrchu tělesa lze tyto vlny měřit piezoelektrickými snímači a detekovat tak např. mikroskopický růst trhlin (únava materiálu), netěsnost tlakových nádob (jaderných či chemických reaktorů), tření v ložiscích a převodových ústrojích apod. Pokud má AE charakter příliš častých pulzů, které splývají v signál podobný spíše šumu, mluvíme o spojité AE.
Měřící set-up. Zatěžovací experimentální aparatura obsahovala elektromotor typu m5120-4025GN-5K o výkonu 120W a točivém momentu 3,5 Nm s předřazeným potenciometrem. Motor pohání ocelovou hřídel, na níž jsou nasazena celkem tři ložiska typu UC 205 šířky 15mm s vnitřním průměrem 25 mm. Krajní ložiska jsou uchycena v ložiskových domcích, pevně spojena s hliníkovým rámem. Prostřední ložisko je uchyceno v domku typu UCT 205, který není s rámem nijak spojen a celá jeho váha tak spočívá na hřídeli. Ocelový trn ze závitové tyče umožňuje přímé zatížení prostředního ložiska pomocí ocelových kotoučů.
RAW data. USB osciloskopem Handyscope HS6 DIFF se snímala akustická emise produkovaná ložisky při různém zatížení a při fixovaných otáčkách motoru 700 ot./min. Byly použity 4 nerezové magnetické piezoelektrické snímače MDK13 s poniklovanou styčnou plochou. Akustická emise byla pro každou úroveň zatížení měřena po dobu 30 sekund se vzorkovací frekvencí 1,5625 MHz, tedy 47 milionů hodnot na každé měření. Celkem bylo naměřeno X úrovní zatížení, z nichž poskytujeme k trénování data ze čtyř nosných zatížení: 2,5kg / 7,5kg / 12,5kg / 17,5kg.
Struktura dat ke klasifikaci. Pro snadnější manipulaci se signály byly vybrány z každého měření při daném zatížení podúseky délky 5000 vzorků s náhodně rovnoměrnými počátky vybíraných úseků z celé délky původních AE signálů. Pro trénovací úrovně zatížení ložiska byl vybrán následující počet vzorků: 2,5kg – 1605 podúseků. 7,5kg – 1579 podúseků, 12,5kg – 1600 podúseků, 17,5kg – 1632 podúseků, celkem tedy 6416 úseků akustických ultrazvukových signálů s s příslušnou hodnotou zatížení v gramech (response variable).
Úkol pro klasifikaci a predikci zatížení ložiska. Finální soubor ke klasifikaci a predikci zatížení obsahuje 3200 náhodných úseků AE signálů z různých experimentálních zatížení ložiska. Úkolem soutěžících je predikovat u každého neznámého signálu správnou velikost zatížení v [g] v intervalu [0g,19200g], při kterém byl tento příslušný AE signál naměřen.
K dispozici je připnutý jupyter notebook na Google Colab pro načtení dat, případně i pro jejich zpracování, https://github.com/hzavadil98/AMSM_LOZISKA_2025
Vaší predikci zatížení zašlete prosím na adresu kusvacla@fjfi.cvut.cz
Hodnocení kvality predikce. Ze zaslaného vektoru predikovaných zátěží v [g], bude spočten celkový výběrový MAE (sample mean absolute error) všech vámi dosažených 3200 predikovaných odchylek od skutečného experimentálního zatížení ložiska. Podle dosažené sMAE budou seřazeny výsledky soutěžících a uděleny hodnotné ceny (viz web link GAMS: https://gams.fjfi.cvut.cz/bearing-challenge).
Kontakt k celé soutěži, datům, experimentu a cenám: Václav Kůs, KM T-107C // Milan Chlada, IT CAS
