基于LSTM编码器解码器的无监督健康指数多传感器预测

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"这篇论文提出了一种基于LSTM编码器-解码器的无监督健康指数方法,用于多传感器预测性维护。这种方法适用于工业环境,能够处理无模式的系统退化问题,通过训练LSTM模型来重构系统的健康状态时间序列,并利用重建误差计算健康指数,进而估计剩余使用寿命。论文对涡轮风扇发动机和铣削机床的公开数据集进行了评估,并展示了来自实际工业环境的数据集的结果。" 在工业4.0和物联网(IoT)时代,设备的健康监测和预测性维护变得至关重要。传统的故障诊断方法依赖于人为设定的规则或对已知故障模式的匹配,而这种方法往往无法适应复杂的系统退化行为。多传感器数据提供了一种更全面的设备状态监测方式,但如何有效地利用这些数据进行预测性维护仍是一个挑战。 论文提出的LSTM编码器-解码器模型是一种递归神经网络结构,特别适合处理序列数据,如时间序列的传感器数据。LSTM网络能够捕捉时间序列中的长期依赖关系,这对于理解和预测系统的健康状态非常有用。在这个模型中,编码器部分负责将输入的时间序列数据压缩成一个紧凑的表示(也称为潜空间表示),而解码器则尝试从这个表示中重建原始序列。 在训练过程中,模型的目标是尽可能准确地重构健康的系统状态时间序列。当模型的重构误差增大时,这通常意味着系统的健康状态正在恶化,因此可以利用这个误差来计算无监督的健康指数(HI)。HI值的变化趋势可以反映设备的退化程度,进一步用于预测设备的剩余使用寿命(RUL)。 在实验部分,该方法在两个公开数据集上进行了验证:一个是NASA的涡轮风扇发动机数据集,另一个是铣削机床数据集。这两个数据集包含了多传感器数据,模拟了真实世界的复杂工况。此外,作者还展示了一个来自实际工业环境的数据集的结果,进一步证明了该方法的实用性和有效性。 通过与传统方法的对比,该研究展示了LSTM-ED在处理无规律的系统退化问题上的优势,其无监督特性使得它无需大量的有标签数据,降低了数据预处理和标记的成本。这种方法对于提高工业设备的运行效率、降低维护成本以及预防意外停机具有重要的实际意义。