Natan Oliveira Martins

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03 IoT · borda Em construção

Manutenção preditiva por vibração

Sensores em máquinas industriais transmitem vibração e temperatura; um modelo não supervisionado aponta um rolamento falhando dias antes.

  • MQTT (Mosquitto)
  • InfluxDB
  • Apache Airflow
  • scikit-learn
  • Grafana

Código e roteiro no GitHub →

Demo interativa

Injetar um defeito
Velocidade do tempo

Arraste para girar · role para aproximar · Treinando o Isolation Forest com 400 janelas saudáveis…

Dia–
Temp. do mancal–
RMS da vibração–
Curtose–
Score de anomalia–
Estado–
Score de anomalia (suavizado) por janela de 6 horas
Sinal de vibração, última janela de 0,1 s
Espectro da mesma janela · Passe o mouse no espectro para ler as frequências.

O que experimentar

  1. Injete desgaste no rolamento e observe o espectro: os impactos excitam uma ressonância perto de 2,3 kHz muito antes do RMS geral se mexer. O modelo vê; o alarme clássico não.
  2. Reinicie e injete desbalanceamento: aqui o pico de 1× rotação cresce e o RMS também funciona. A vantagem do modelo é menor, e a linha do tempo mostra isso com honestidade.
  3. Baixe o limiar e deixe a máquina saudável rodando: aparecem alarmes falsos. Todo limiar é uma troca entre antecedência e confiança do operador.

O problema

Falhas são raras, então quase não há dados rotulados para aprender. O modelo precisa aprender como é o normal de cada máquina e perceber o desvio, sem afogar os operadores em alarmes falsos.

Como funciona

  1. Os sensores publicam via MQTT; uma ponte grava as leituras brutas no InfluxDB.
  2. O Airflow calcula features espectrais (bandas de FFT, RMS, curtose) por máquina a cada poucos minutos.
  3. Um Isolation Forest por máquina pontua cada janela; um score suavizado que cruza o limiar abre um alerta.
  4. Este é o único projeto pensado para rodar ao vivo neste servidor, com máquinas simuladas.
Sensors vibração · temp MQTT broker InfluxDB séries temporais Airflow features FFT Isolation Forest por máquina Alerts score suavizado
Fig. 03 — Como funciona

O que é real, o que é simulado

Real

  • A FFT, as features (RMS, curtose, fator de crista, energia por banda) e o Isolation Forest foram implementados do zero e rodam no seu navegador.
  • O modelo é treinado quando a página carrega, só com janelas saudáveis; o limiar é o percentil 99,5 dos scores delas.
  • As antecedências na linha do tempo vêm dos alertas reais do modelo na sua execução.

Simulado nesta demo

  • O sinal de vibração é sintético: harmônicos do eixo, ruído e impactos do rolamento na frequência de defeito da pista externa, excitando uma ressonância estrutural.
  • A degradação segue uma curva exponencial fixa de 21 dias; o tempo é comprimido.
  • Limitação conhecida: o superaquecimento mexe num único sensor, e o score do Isolation Forest satura acima da faixa de treino; nesse defeito o modelo geralmente não avisa antes do alarme clássico de temperatura.

Ainda não construído

  • Detector híbrido: limites físicos por sensor ao lado do modelo
  • Broker MQTT, InfluxDB e Airflow rodando ao vivo neste servidor
  • Validação num dataset público de rolamentos (ex.: NASA IMS / CWRU)
  • Dashboard no Grafana