[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于對(duì)抗遷移學(xué)習(xí)的刀具剩余壽命預(yù)測(cè)方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010537800.2
• 申請(qǐng)日: 2020-06-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111832624A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-10-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉穎超;胡小鋒;孫世旭
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06K9/62
• 分類(lèi)號(hào): G06K9/62;B23Q17/09
• 代理公司: 上海恒慧知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 徐紅銀

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于對(duì)抗遷移學(xué)習(xí)的刀具剩余壽命預(yù)測(cè)方法，包括：采集不同類(lèi)型刀具切削加工過(guò)程的數(shù)據(jù)，確定歷史類(lèi)刀具樣本以及新類(lèi)刀具樣本；利用歷史類(lèi)刀具樣本的數(shù)據(jù)，構(gòu)建歷史類(lèi)的特征提取模型以及非線性回歸模型；將歷史類(lèi)刀具樣本的數(shù)據(jù)與新類(lèi)刀具樣本的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)抗域適應(yīng)，構(gòu)建新類(lèi)的特征提取模型；利用S13構(gòu)建的新類(lèi)的特征提取模型對(duì)新類(lèi)刀具樣本進(jìn)行時(shí)間序列信號(hào)的分析和提取，并將歷史類(lèi)的非線性回歸模型遷移至新類(lèi)刀具，實(shí)現(xiàn)新類(lèi)刀具的剩余壽命預(yù)測(cè)。本發(fā)明的基于對(duì)抗遷移學(xué)習(xí)的刀具剩余壽命預(yù)測(cè)方法，實(shí)現(xiàn)了新工藝條件下預(yù)測(cè)模型的快速構(gòu)建，降低了對(duì)新類(lèi)刀具樣本量的要求，提高了刀具壽命預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度，具有較強(qiáng)的適用性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機(jī)械加工技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于對(duì)抗遷移學(xué)習(xí)的刀具剩余壽命預(yù)測(cè)方法。

背景技術(shù)

隨著信息化技術(shù)和人工智能的快速發(fā)展，車(chē)間數(shù)字化和智能化程度越來(lái)越高，刀具作為機(jī)械加工系統(tǒng)的重要組成部分，同時(shí)也是切削加工過(guò)程的直接執(zhí)行者，是最容易發(fā)生磨損和故障的部件，其加工壽命對(duì)于保證加工質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和智能化生產(chǎn)具有重要意義，因此對(duì)刀具壽命的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)尤為重要。

目前關(guān)于刀具剩余壽命的預(yù)測(cè)方法主要分為三類(lèi)，一類(lèi)是基于經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷姆椒?，?Taylor公式及其擴(kuò)展方程；一類(lèi)是基于數(shù)值仿真分析的方法，如有限元分析模型；還有一類(lèi)是基于機(jī)器學(xué)習(xí)的方法，是目前應(yīng)用最為廣泛的方法，其主要包括淺層機(jī)器學(xué)習(xí)方法和深度學(xué)習(xí)方法兩種，淺層模型如支持向量回歸，隱馬爾可夫模型等，深度模型如自編碼器，循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。

上述方法雖然取得了一定的效果，但是在實(shí)際工程應(yīng)用中仍然存在以下缺陷和不足： (1)模型的建立依賴大量標(biāo)注的樣本數(shù)據(jù)，而實(shí)際數(shù)據(jù)的獲取困難，尤其當(dāng)企業(yè)采用新材料、新工藝、新類(lèi)型刀具時(shí)，新條件下的樣本數(shù)據(jù)量更少；(2)實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中工況復(fù)雜，工藝條件多變，不同工藝條件下的刀具性能衰退差異大，模型適用性差；(3)新工藝條件下，樣本數(shù)據(jù)量少，基于歷史數(shù)據(jù)建立的模型失效，而重新建立新的有效模型則缺乏足夠的有標(biāo)簽樣本，導(dǎo)致刀具壽命預(yù)測(cè)困難。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，提出一種基于對(duì)抗遷移學(xué)習(xí)的刀具剩余壽命預(yù)測(cè)方法，實(shí)現(xiàn)了新工藝條件下預(yù)測(cè)模型的快速構(gòu)建，降低了對(duì)新類(lèi)刀具樣本量的要求，提高了刀具壽命預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度，具有較強(qiáng)的適用性。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明是通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明提供一種基于對(duì)抗遷移學(xué)習(xí)的刀具剩余壽命預(yù)測(cè)方法，其包括：

S11：采集不同類(lèi)型刀具切削加工過(guò)程的數(shù)據(jù)，確定歷史類(lèi)刀具樣本以及新類(lèi)刀具樣本；

S12：利用所述歷史類(lèi)刀具樣本的數(shù)據(jù)，構(gòu)建歷史類(lèi)的特征提取模型以及非線性回歸模型；

S13：將所述歷史類(lèi)刀具樣本的數(shù)據(jù)與新類(lèi)刀具樣本的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)抗域適應(yīng)，構(gòu)建新類(lèi)的特征提取模型；

S14：利用所述S13構(gòu)建的新類(lèi)的特征提取模型對(duì)新類(lèi)刀具樣本進(jìn)行時(shí)間序列信號(hào)的分析和提取，并將所述歷史類(lèi)的非線性回歸模型遷移至新類(lèi)刀具，實(shí)現(xiàn)新類(lèi)刀具的剩余壽命預(yù)測(cè)。

較佳地，所述S12進(jìn)一步包括：

S121：對(duì)所述歷史類(lèi)刀具樣本的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，構(gòu)造用于特征提取模型訓(xùn)練的時(shí)間序列數(shù)據(jù)集；

S122：確定特征提取模型以及非線性回歸模型的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及優(yōu)化方式；

S123：初始化網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，并利用訓(xùn)練集進(jìn)行模型參數(shù)訓(xùn)練，預(yù)測(cè)刀具剩余壽命值，基于預(yù)測(cè)結(jié)果計(jì)算回歸損失：

其中，L_reg為回歸損失，Y_s為刀具剩余壽命理論值，Y_s′為刀具剩余壽命預(yù)測(cè)值，E(·)表示期望；