Knowledge-informed deep networks for robust fault diagnosis of rolling bearings

概化理论 计算机科学 人工智能 机器学习 杠杆(统计) 稳健性(进化) 深度学习 原始数据 领域知识 过程(计算) 数据挖掘 操作系统 程序设计语言 化学 统计 基因 生物化学 数学
作者
Yunsheng Su,Luojie Shi,Kai Zhou,Guangxing Bai,Zequn Wang
出处
期刊:Reliability Engineering & System Safety [Elsevier BV]
卷期号:244: 109863-109863 被引量:25
标识
DOI:10.1016/j.ress.2023.109863
摘要

Effective fault defection is of critical importance in condition-based maintenance to improve the reliability of engineered systems and reduce operational cost. This paper introduces a knowledge-informed deep learning approach to fuse prior knowledge and critical health information extracted from raw monitoring data for robust fault diagnosis of rolling bearings. A set of knowledge-based features is first extracted based on prior knowledge of engineered systems. A knowledge-informed deep network (KIDN) is then designed to leverage these knowledge-based features with data-driven machine learning for the accurate prediction of bearing faults. To further enhance the generalizability of deep networks for fault diagnosis and alleviate extensive tuning efforts, a novel generalizability-based adaptive network design strategy is developed based on constrained Gaussian process (CGP) to quickly obtain the promising architectures for the development of knowledge-informed deep networks. Specifically, it involves the training of a constrained Gaussian process (CGP) surrogate model to predict the generalizability of KIDN and seeking potential improvements by exploring alternative network architectures within a vast design space. Four experimental case studies are implemented to validate the proposed methodology.

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