Intelligent fault diagnosis of rolling bearings in strongly noisy environments using graph convolutional networks

图形 计算机科学 断层(地质) 卷积神经网络 模式识别(心理学) 人工智能 理论计算机科学 地质学 地震学
作者
Lunpan Wei,Xiuyan Peng,Yunpeng Cao
出处
期刊:International Journal of Adaptive Control and Signal Processing [Wiley]
被引量:2
标识
DOI:10.1002/acs.3869
摘要

Summary Rolling bearings often function under complex and non‐stationary conditions, where significant noise interference complicates fault diagnosis by obscuring fault characteristics. This paper presents an innovative fault diagnosis technique using graph convolutional networks (GCN) to address these challenges. Vibration signals are first transformed into the frequency domain through fast Fourier transform (FFT), creating a detailed graph where nodes and edges encapsulate fault signals. The GCN method then extracts complex node features from this graph, enabling a classifier, comprising a fully connected layer and Softmax function, to accurately identify fault types. Experimental results demonstrate the superior performance of the proposed GCN‐based fault diagnosis method, achieving an accuracy of 99.79%. This significantly surpasses traditional machine learning methods (85.4%), deep learning models (92.3%), and other graph neural network approaches (94.1%). Notably, the method shows exceptional resilience to noise, maintaining high accuracy even with 20% added noise, underscoring its robustness for practical industrial applications. The transformation of vibration signals into the frequency domain using FFT, followed by constructing a detailed graph structure, enables the GCN to effectively capture and represent intricate fault characteristics, thus enhancing accurate fault classification. These findings highlight the method's practical applicability and potential for deployment in advanced industrial settings characterized by high noise levels and complexity.
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