机械工程学报 ›› 2024, Vol. 60 ›› Issue (12): 194-206.doi: 10.3901/JME.2024.12.194
• 特邀专栏:可解释可信AI驱动的智能监测与诊断 • 上一篇 下一篇
邵海东1, 肖一鸣1, 邓乾旺1, 任颖莹2, 韩特3
收稿日期:
2023-07-13
修回日期:
2023-12-25
出版日期:
2024-06-20
发布日期:
2024-08-23
作者简介:
邵海东(通信作者),男,1990年出生,博士,副教授,博士研究生导师。主要研究方向为故障诊断与寿命预测,数据挖掘与信息融合。E-mail:hdshao@hnu.edu.cn;肖一鸣,男,1999年出生,博士研究生。主要研究方向为机械智能故障诊断与工业大数据分析。E-mail:xiaoym@hnu.edu.cn
基金资助:
SHAO Haidong1, XIAO Yiming1, DENG Qianwang1, REN Yingying2, HAN Te3
Received:
2023-07-13
Revised:
2023-12-25
Online:
2024-06-20
Published:
2024-08-23
摘要: 基于深度学习的故障诊断方法受其黑箱特性限制难以给出可信赖和可解释的诊断结果。现有可解释故障诊断研究多集中在开发可解释模块并嵌入深度学习模型以赋予诊断结果一定物理意义,或以结果为基础反推模型做出此决策的深层逻辑,对于如何量化诊断结果中的不确定性并解释其来源和构成的研究工作十分有限。不确定性量化及分解不仅能提供诊断结果的可信度,还能辨析数据中未知因素的来源,最终指导提升诊断模型的可解释性。因此,提出将贝叶斯变分学习嵌入Transformer以开发一种不确定性感知网络,用于可信机械故障诊断。设计了一种变分注意力机制并定义了相应的优化目标函数,可建模注意力权重的先验分布和变分后验分布,从而赋予网络感知不确定性的能力。制定了一种不确定性量化及分解方案,可实现诊断结果的可信度表征以及认知不确定性和偶然不确定性的分离。以行星齿轮箱智能故障诊断为例,在测试数据中含有未知故障模式、未知噪声水平以及未知工况样本的分布外泛化场景中,充分验证了所提方法用于可信故障诊断的可行性。
中图分类号:
邵海东, 肖一鸣, 邓乾旺, 任颖莹, 韩特. 基于不确定性感知网络的可信机械故障诊断[J]. 机械工程学报, 2024, 60(12): 194-206.
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