A new supervised multi-head self-attention autoencoder for health indicator construction and similarity-based machinery RUL prediction

自编码 人工智能 稳健性(进化) 计算机科学 机器学习 数据挖掘 工程类 深度学习 可靠性工程 模式识别(心理学) 生物化学 化学 基因
作者
Yi Qin,Jiahong Yang,Jianghong Zhou,Huayan Pu,Yongfang Mao
出处
期刊:Advanced Engineering Informatics [Elsevier]
卷期号:56: 101973-101973 被引量:92
标识
DOI:10.1016/j.aei.2023.101973
摘要

Remaining useful life (RUL) prediction plays a significant role in the prognostic and health management (PHM) of rotating machineries. A good health indicator (HI) can ensure the accuracy and reliability of RUL prediction. However, numerous existing deep learning-based HI construction approaches rely heavily on the prior knowledge, and they are difficult to capture the key information in the process of machinery degradation from raw signals, thereby affecting the performance of RUL prediction. To tackle the aforementioned problem, a new supervised multi-head self-attention autoencoder (SMSAE) is proposed for extracting the HI that effectively reflects the degraded state of rotating machinery. By embedding the multi-head self-attention (MS) module into autoencoder and imposing the constraint of power function-type labels on the hidden variable, SMSAE can directly extract the HIs from raw vibration signals. As the current HI evaluation indexes don’t consider the global monotonicity and variation law of HI, two improved monotonicity and robustness indexes are designed for the better evaluation of HI. With the proposed HI, a two-stage residual life prediction framework based on similarity is developed. Extensive experiments have been performed on an actual wind turbine gearbox bearing dataset and a well-known open commercial modular aero-propulsion system simulation (C-MAPSS) dataset. The comparative results verify that the constructed SMSAE HI has better comprehensive performance than the typical HIs, and the proposed prediction method is competitive with the state-of-the-art methods.
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