Przeskocz do nawigacji głównej Przeskocz do wyszukiwania Przeskocz do głównej treści

Physics-Informed Neural Networks for Anomaly Detection: A Mechanical Proof-of-Concept Towards IIoT-Enabled Mechatronic Systems

  • Oksydan Sp. z o.o.

Wyniki badań: Rozdział w książce/raport/materiał konferencyjnyWkład w konferencjęrecenzja

Abstrakt

This paper investigates the use of physics-informed neural networks (PINNs) for anomaly detection in IIoT-enabled mechatronic systems. Classical data-driven diagnostic approaches based on artificial neural networks (ANNs) often require large amounts of labelled data and may not explicitly enforce the underlying physical laws, which limits their interpretability and robustness in complex industrial environments. In contrast, PINNs embed prior knowledge in the form of governing equations and boundary conditions directly into the learning process. As a proof-of-concept study, we consider a physical pendulum with multiple damage scenarios modelled as changes in geometry and moment of inertia. Synthetic time series of angular position are generated from the analytical model and used to train a PINN that enforces the nonlinear equation of motion and energy conservation. The trained network acts as a physics-based filter and supports the construction of a dictionary of damage states, enabling the assignment of observed trajectories to candidate models. We discuss methodological aspects of the approach, including the definition of the loss function, the role of normalisation and the sensitivity to hyperparameters. Finally, we outline how analogous PINN-based diagnostic methods can be developed for selected subsystems of the CTTP4.0 industrial testbed, which integrates mechatronic transport and manipulation units with an Industrial Internet of Things platform.

Język oryginałuangielski
Tytuł publikacji goszczącejAdvances in Manufacturing V - Volume 1 - Mechanical Engineering
Podtytuł publikacji goszczącejFactory of the Future
RedaktorzyBartosz Gapinski, Olaf Ciszak, Anna Karwasz, Vitalii Ivanov, José Machado
WydawcaSpringer Science and Business Media Deutschland GmbH
Strony376-389
Liczba stron14
ISBN (drukowany)9783032229427
Identyfikatory DOI
Status publikacjiOpublikowano - 2026
Wydarzenie9th International Scientific-Technical Conference Manufacturing, MANUFACTURING 2026 - Poznan, Polska
Czas trwania: 19 maj 202621 maj 2026

Seria publikacji

NazwaLecture Notes in Mechanical Engineering
ISSN (drukowany)2195-4356
ISSN (elektroniczny)2195-4364

Konferencja

Konferencja9th International Scientific-Technical Conference Manufacturing, MANUFACTURING 2026
Kraj/TerytoriumPolska
MiejscowośćPoznan
Okres19/05/2621/05/26

Obszary tematyczne ASJC Scopus

  • Inżynieria motoryzacyjna
  • Inżynieria lotnicza i kosmiczna
  • Inżynieria mechaniczna
  • Procesy przepływu i przenoszenia płynów

Fingerprint

Zanurz się w tematy badawcze publikacji „Physics-Informed Neural Networks for Anomaly Detection: A Mechanical Proof-of-Concept Towards IIoT-Enabled Mechatronic Systems”. Razem tworzą niepowtarzalny odcisk palca.

Cytowanie