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Knowledge-Enhanced Industrial Fault Detection via FMEA Graph Learning and Cross-Modal Feature Alignment

故障检测与隔离 计算机科学 人工智能 特征提取 特征(语言学) 模式识别(心理学) 目标检测 图形 特征学习 图论 计算机视觉 数据挖掘 算法设计 数据建模 断层(地质) 异常检测 状态监测 实时计算 特征向量 机器学习
作者
Jianhua Lyu,Zegang Li,Hengjie Dai,Baili Zhang
出处
期刊:IEEE Transactions on Industrial Informatics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:: 1-10
标识
DOI:10.1109/tii.2026.3675773
摘要

The increasing complexity and integration of industrial equipment has elevated the importance of reliable operation, making accurate fault detection more critical than ever. While modern detection models predominantly rely on neural networks to learn patterns from operational data, they often overlook valuable, structured expertise from design and maintenance. To effectively integrate data-driven modeling with domain knowledge, this article introduces a novel fault detection framework that incorporates failure mode and effects analysis (FMEA) knowledge with operational time-series data. A task-oriented FMEA knowledge graph is first constructed to organize expertise from FMEA documents, which is then encoded using a newly designed FMEA knowledge graph convolutional network (FKGCN). The FKGCN employs type-aware neighbor sampling and adaptive category weighting to extract fault-related features. Following this, a generative adversarial network-based mapping with contrastive supervision aligns operational data features with FMEA knowledge embeddings. A fault-mode cross-attention module is then applied for feature fusion, enabling effective fault detection. Experimental results on the JNU Bearing, SWaT, and Metro Door datasets demonstrate consistent improvements in precision, recall, and F1score. The framework exhibits notable robustness and practical effectiveness, particularly under data-scarce or noisy conditions.
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