[發(fā)明專利]一種用于剩余使用壽命預(yù)測退化數(shù)據(jù)的擴(kuò)增方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110117688.1
• 申請日: 2021-01-28
• 公開（公告）號: CN112464578B
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 呂燚;蔣藝杰
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)中山學(xué)院
• 主分類號: G06F30/27
• 分類號: G06F30/27;G06N3/08;G06N3/04;G06F119/02
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本發(fā)明公開了一種用于剩余使用壽命預(yù)測退化數(shù)據(jù)的擴(kuò)增方法，首先將采集到的設(shè)備退化數(shù)據(jù)送入設(shè)計(jì)好的數(shù)據(jù)預(yù)處理策略進(jìn)行處理，隨后將處理之后的數(shù)據(jù)送入設(shè)計(jì)好的循環(huán)一致性對抗生成網(wǎng)絡(luò)，訓(xùn)練其生成器網(wǎng)絡(luò)作為數(shù)據(jù)的擴(kuò)增網(wǎng)絡(luò)，最后得到擴(kuò)增數(shù)據(jù)，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了對退化數(shù)據(jù)的擴(kuò)增，增加退化數(shù)據(jù)規(guī)模，以此達(dá)到提升RUL預(yù)測網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測效果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機(jī)器退化預(yù)測處理技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種用于剩余使用壽命預(yù)測退化數(shù)據(jù)的擴(kuò)增方法。

背景技術(shù)

隨著技術(shù)的發(fā)展和生成工藝的進(jìn)步，當(dāng)前各類工業(yè)產(chǎn)品和裝置設(shè)備的自動化程度和復(fù)雜程度日益提升，由于關(guān)鍵零部件的磨損，不可預(yù)知的外部沖擊，腐蝕等原因，設(shè)備的性能將不可避免的產(chǎn)生退化，進(jìn)而失效，突然的失效會造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。如果能在設(shè)備退化初期就對設(shè)備的壽命進(jìn)行預(yù)測和評估，并且在此基礎(chǔ)上確定設(shè)備檢測和維修的最佳時機(jī)，制定相關(guān)的備件管理和維護(hù)方案，就能有效的提升整個相關(guān)系統(tǒng)的可靠性，降低設(shè)備的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)和運(yùn)行成本。這種對設(shè)備剩余可使用時間的預(yù)測方法被稱為剩余使用壽命(Remaining Useful Life,RUL)預(yù)測。

實(shí)現(xiàn)RUL預(yù)測的主要思想在于根據(jù)設(shè)備的失效機(jī)理，采集到的失效數(shù)據(jù)等構(gòu)建RUL預(yù)測模型，實(shí)現(xiàn)實(shí)時或離線的剩余壽命預(yù)測。在大多數(shù)的RUL預(yù)測任務(wù)中，由于目標(biāo)設(shè)備的性能退化速度慢使得采集退化數(shù)據(jù)耗時長，導(dǎo)致可以獲取到目標(biāo)設(shè)備的退化數(shù)據(jù)集普遍規(guī)模較小，小規(guī)模數(shù)據(jù)在一定程度上無法反映出設(shè)備整體退化過程的數(shù)據(jù)分布，基于這個前提，在對設(shè)備退化過程進(jìn)行建模時，由于無法得知退化過程的完整數(shù)據(jù)分布，導(dǎo)致數(shù)據(jù)退化模型存在偏差，進(jìn)而影響剩余壽命的預(yù)測性能。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供本發(fā)明提出一種基于循環(huán)一致性生成對抗網(wǎng)絡(luò)(Cycle-consistent Generative Adversarial Network，CycleGAN)的退化數(shù)據(jù)擴(kuò)增技術(shù)，該技術(shù)針對那些退化數(shù)據(jù)匱乏的RUL預(yù)測任務(wù)，通過深度學(xué)習(xí)技術(shù)對原始退化數(shù)據(jù)進(jìn)行擴(kuò)增，在不損失退化信息的情況下增加退化數(shù)據(jù)集的規(guī)模，豐富退化數(shù)據(jù)的樣本空間，提升使用數(shù)據(jù)驅(qū)動建模的RUL預(yù)測網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測性能。

為解決上述問題，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案。

一種用于剩余使用壽命預(yù)測退化數(shù)據(jù)的擴(kuò)增方法，包括以下步驟：

采集退化數(shù)據(jù)：給定已有多傳感器退化數(shù)據(jù){X}_s×n，該退化數(shù)據(jù){X}_s×n以矩陣形式表示，其中s代表反映退化狀態(tài)的傳感器數(shù)量，n是退化數(shù)據(jù)的長度；

退化數(shù)據(jù)預(yù)處理：首先通過數(shù)理統(tǒng)計(jì)及經(jīng)驗(yàn)分析獲得某類設(shè)備快速退化階段的初始值m，則退化數(shù)據(jù)為并指定擴(kuò)增網(wǎng)絡(luò)輸入數(shù)據(jù)的長度n′，對于所采集退化數(shù)據(jù)大于n′的部分予以裁切，對于所采集退化數(shù)據(jù)小于n′的部分予以填充，以保證輸入擴(kuò)增網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)尺度一致；

擴(kuò)增網(wǎng)絡(luò)：擴(kuò)增網(wǎng)絡(luò)以CycleGAN為框架，訓(xùn)練CycleGAN中的生成器作為數(shù)據(jù)擴(kuò)增的擴(kuò)增網(wǎng)絡(luò)，將輸入數(shù)據(jù)隨機(jī)分為數(shù)量相等的兩部分A和B，A屬于領(lǐng)域X，B屬于領(lǐng)域Y，A和B作為CycleGAN的輸入，其中A通過生成器G_X→Y得到生成數(shù)據(jù)B通過生成器G_Y→X得到生成數(shù)據(jù)將得到的生成數(shù)據(jù)送入生成器G_Y→X得到生成數(shù)據(jù)將得到的生成數(shù)據(jù)送入生成器G_X→Y得到生成數(shù)據(jù)鑒別器D_X負(fù)責(zé)對原始數(shù)據(jù)A和生成數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，鑒別器D_Y負(fù)責(zé)對原始數(shù)據(jù)B和生成數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，鑒別器D_X和D_Y的判斷結(jié)果決定生成器下一輪的生成方向；

獲得擴(kuò)增數(shù)據(jù)：將原始數(shù)據(jù)送入擴(kuò)增網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)擴(kuò)增，獲得擴(kuò)增數(shù)據(jù)。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，如果采集到的退化數(shù)據(jù)的長度大于n′，直接刪除超過的部分，得到退化數(shù)據(jù)X′如下：處理好之后的數(shù)據(jù)大小為s×n′，上式中n′＝n-l，超出部分將從開始階段被移除掉；