Transparent Operator Network: A Fully Interpretable Network Incorporating Learnable Wavelet Operator for Intelligent Fault Diagnosis

操作员(生物学) 小波 计算机科学 人工智能 断层(地质) 模式识别(心理学) 数据挖掘 地质学 生物化学 化学 抑制因子 地震学 转录因子 基因
作者
Qi Li,Hua Li,Wenyang Hu,Shilin Sun,Zhaoye Qin,Fulei Chu
出处
期刊:IEEE Transactions on Industrial Informatics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:20 (6): 8628-8638 被引量:4
标识
DOI:10.1109/tii.2024.3366993
摘要

The advent of Industry 4.0 has heightened the demand for the interpretability of intelligent diagnostics, especially for high-risk industrial assets. However, the comprehensive interpretation of neural networks remains inadequately explored. To address this challenge and develop a fully interpretable network, we propose a transparent operator network incorporating a parameterized signal operator node. This node is realized by a learnable Morlet wavelet operator in frequency domain with signal-wise gated matrix and skip connection. By stacking multichannel and multilayered nodes as signal operator layers, along with incorporating statistical features and a linear classifier, all modules are physically understandable. A case study demonstrates that despite having fewer parameters, the proposed model achieves better diagnosis performance. Furthermore, the learnable filters, fault signature enhancement, and physically understandable features demonstrate the transparency of the proposed model, indicating that it offers a promising tool for constructing a knowledge-informed and fully interpretable industrial decisions.
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