A General Data-Driven Framework for Remaining Useful Life Estimation with Uncertainty Quantification Using Split Conformal Prediction

估计员 计算机科学 模块化设计 预测区间 数据挖掘 噪音(视频) 机器学习 不确定度量化 人工智能 统计 数学 操作系统 图像(数学)
作者
Weijun Xu,Enrico Zio
标识
DOI:10.1109/icsrs59833.2023.10381131
摘要

Remaining useful life estimation utilizes historical data and advanced analytic techniques to estimate the remaining lifespan of systems, components or assets, for enabling proactive decision-making and efficient resource management. However, existing data-driven prognostic technologies often provide deterministic values of remaining useful life which do not represent uncertainties. In practice, uncertainties are due to factors such as noise, measurement errors in the prediction and limited availability of data to train the predictive models. In this work, we propose a novel framework that addresses the issue of prognostic unertainty by generating prediction intervals for single-point estimators, thereby enabling robust uncertainty quantification. The proposed framework overcomes the drawbacks of previous conformal prediction methods, which lacked interval adaptivity and relied on the assumption of data exchangeability. To validate our framework, we performed experiments using the Commercial Modular Aero-Propulsion System Simulation (CMAPSS) datasets. Results demonstrate that both conventional machine learning estimators and modern deep learning estimators yield reasonable prediction intervals within the proposed framework. The superiority of our framework over previous conformal prediction methods is demonstrated.
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