Gradient-based domain-augmented meta-learning single-domain generalization for fault diagnosis under variable operating conditions

一般化 变量(数学) 领域(数学分析) 断层(地质) 一致性(知识库) 计算机科学 机器学习 领域知识 人工智能 数据挖掘 数学 地质学 数学分析 地震学
作者
Chuanxia Jian,Heen Chen,Chaobin Zhong,Yinhui Ao,Guopeng Mo
出处
期刊:Structural Health Monitoring-an International Journal [SAGE Publishing]
卷期号:23 (6): 3904-3920 被引量:20
标识
DOI:10.1177/14759217241230129
摘要

Equipment operating conditions, referred to as domains, can induce domain drift in monitoring data, affecting data-driven fault diagnosis. Researchers have explored multi-domain generalization methods to tackle this issue. However, in actual industrial scenarios, the availability of fault data may be limited to a specific condition due to the cost or feasibility constraints associated with collecting extensive monitoring data. This limitation hampers the generalization ability of these methods, posing a major challenge for robust fault diagnosis under variable operating conditions. To address this challenge, we proposed a gradient-based domain-augmented meta-learning (GDM) single-domain generalization method. We analyze the restrictions of generating fake domains and construct a domain-augmented loss by evaluating diagnostic tasks minimization, semantic consistency, and distribution diversity for fake samples. Using a gradient-based technique, fake domains are generated iteratively, providing diverse fault knowledge for improved generalization. Instead of using time-consuming ensemble methods, we develop a novel meta-learning method to train a highly efficient and generalizable model, relaxing the requirement for auxiliary datasets in existing meta-learning methods. Two case studies consistently demonstrate the effectiveness and superiority of the proposed GDM method. Our findings suggest that this study offers a promising and competitive solution for single-domain generalization in fault diagnosis within real industrial scenarios.
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